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Regelung von Hochdruckturbinenanlagen, insbesondere Lokomotiven Bei
Hochdruckturbinenanlagen, bei denen die Regelung der Dampfzufuhr zur Maschine durch
Drosselung erfolgt, ist es vielfach zweckmäßig, einen Speicher anzuordnen, dessen
Druckbereich wesentlich niedriger ist als der im Kessel herrschende Druck. Außerdein
pflegt man mit Vorteil den Dampf in einem besonderen Überhitzer erst zu überhitzen
bzw. weiterzuüberhitzen, nachdem derselbe eine Drosselstelle durchströmt hat. Bei
kleinen Belastungen und insbesondere bei Leerlauf wird nur eine kleine Dampfmenge
erzeugt, und es besteht die Gefahr, daß der erwähnte Überhitzer durch die Feuergase
zu hoch erwärmt wird, wodurch er sogar verbrennen kann. Besonders groß ist die Gefahr
bei Lokomotiven, bei denen bei Stillstand des Zuges auf den Haltestellen die erzeugte
Dampfmenge nur sehr gering ist, da hierbei die Dampfzufuhr zu den Hauptmaschinen
ganz abgestellt wird.
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Durch' vorliegende Erfindung werden diese Nachteile beseitigt. Erfindungsgemäß
werden zwei Drosselorgane angeordnet, und .die Regelung der Dampfzufuhr zur Hauptmaschine
erfolgt derart, daß von der höchsten Last bis zu einer gewissen Teillast nur - das
erste Drosselorgan wirksam ist, während bei weiterem Sinken der Last die Dampfzufuhr
zur Turbine nur durch das zweite Drosselorgan geregelt wird. Das erste Drosselorgan
schließt also nie ganz ab, bleibt vielmehr im Grenzfalle noch etwas offen, so daß
es noch eine getAdsse Dampfmenge hindurchläßt. Der LTberhitzer ist so angeordnet,
daß er vom Dampf durchströmt wird, nachdem dieser -durch die erste Drosselstelle
geleitet worden ist.
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Bei den allgemein bekannten Ausführungen, bei welchen parallel zu
dem Kessel ein Speicher geschaltet ist, welcher die Schwankungen des Dampfbedarfs
der Turbine von dem Kessel fernhält und bei welchem der überhitzer vor dem Drosselventil
und vor dem Abzweig zu dem Speicher liegt, tritt nun zwar eine Gefährdung des Überhitzers
durch einen zu geringen Dampfdurchfluß ebenfalls nicht auf. Diese Ausführungsformen
besitzen jedoch nicht die thermischen und dampftechnischen Vorteile, welche bei
Betrieb mit Drosselung dadurch entstehen, daß die Hauptdrosselstelle vor den überhitzer
gelegt wird, wie dies nachstehend näher erläutert wird.
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Wird bei Hoch- oder Höchstdruckdampfkraftanlagen die Leistung der
Hauptkraftmaschine durch Drosselung in der Dampfzuführung vom Hochdruckkessel zur
Kraftmaschine eingestellt, so ist es, vom wärmetechnischen Standpunkt aus betrachtet,
vorteilhafter, die Drosselstelle vor den Alberhitzer zu legen. Ein paar Angaben
aus dem IS-Diagramm mögen dies beweisen: Schaltet man bei einem Hochdruckkessel
von ioo Atm. den LTberhitzer in der üblichen Weise hinter den Kessel, überhitzt
hier von der bei ioo Atm. herrschenden Sättigungstemperatur - 3io° auf q.00° und
drosselt sodann vor der Maschine auf 5o Atm., so fällt, wie dies
aus
der Drosselgeraden im .IS-Diagramm leicht zu ersehen ist, die Temperatur durch die
Drosselung auf 362°; die mittlere Dampftemperatur im Überhitzer betrug o,5 (310-f-400)
= 355° C. Drosselt man jedoch schon vor dem überhitzer auf 5o Atm., wodurch die
Dampftemperatur auf 263° abgesenkt wird, und überhitzt jetzt ,auf den gleichen Dampfzustand
an der Kraftmaschine, also auf 362°, so beträgt die mittlere Dampftemperatur o,5
(263+362,)=-3I30. Im zweiten Falle liegt das Temperaturniveau des Dampfes somit
um 42' tiefer als im ersten Falle; es besteht daher auch eine größere Temperaturspanne
zwischen Feuergasen und Dampf, so daß pro Flächeneinheit mehr Wärme übertragen werden
kann. Folgerung: Wird das Drosselventil vor den Überhitzer geschaltet, dann kann
bei Teillasten bei gleicher Überhitzerfläche eine höhere Temperatur erreicht werden;
es ergibt sich somit eine bessere Wärmeausnutzung und ein höherer thermischer Wirkungsgrad
als bei nachgeschaltetem Drosselventil. Der weitere Vorteil liegt darin, daß der
überhitzer selbst nicht unnötigerweise höheren Temperaturen ausgesetzt wird, als-die
Überhitzungsternperatux an der Kraftmaschine beträgt. Je höher der Anfangsdruck
wird, desto größer werden die vorstehend genannten Vorteile. Die höchstmögliche
Wirtschaftlichkeit und höchstmögliche Schonung des Überhitzers wird erzielt bei
Kesseln, bei denen der Kesseldruck ständig, ,auch bei Vollast, höher liegt als der
Betriebsdruck an der Maschine, wie beispielsweise bei dem bekannten Verdampfungsverfahren
von B e n s o n , wo der Kesseldruck über dem kritischen Druck, also über 225 Atm.
liegt, während die üblichen Betriebsdrücke an der Hochdruckkraftmaschine 150
bis z So Atm. betragen.
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Nun sind bereits Regelungsverfahren bekannt, bei denen der Überhitzer
dem Regelungsventil nachgeschaltet ist. Bei diesen bekannten Ausführungsformen ist
der dem Regelungsorgan nachgeschaltete Überhitzer jedoch nicht der normale Überhitzer
des Kessels, sondern ein gesonderter Hochüberhitzer mit gesonderter Feuerung. Bei
hochgespanntem Dampf besitzen diese bekannten Anordnungen zwar die vorstehend geschilderten
Vorteile der Drosselung vor dem überhitzer; aber es fehlt ihnen daneben das weitere
wesentliche Kennzeichen des Erfindungsgegenstandes, daß nämlich das dem Überhitzer
vorgeschaltete Regelungsorgan nie vollständig abschließt, sondern auch in der tiefsten
Lage noch eine gewisse beliebig zu wählende Dampfmenge durchläßt, welche durch den
Überhitzer in den Speicher gelangen kann, während der vollständige Abschluß der
Dampfzufuhr zur Kraftmaschine durch ein nach dem Überhitzer eingeschaltetes Regel-
oder Absperrorgan erfolgt. Diese Anordnung hat, wie hier noch näher ausgeführt werden
soll, gegenüber den bekannten Einrichtungen erhebliche Vorteile. Fällt z. B. bei
ortsfesten Anlagen die Hauptkraftmaschine plötzlich aus dadurch, daß der Sicherheitsregler
abstellt, so ist bei den bekannten Regelungsverfahren der überhitzer plötzlich ohne
Dampf und könnte hierbei, falls keine Regelung der Feuerung eintritt, unzulässig
hoch erwärmt werden; die Überhitzerrohre werden verbrennen. Der Anwendungsbereich
der bekannten Verfahren muß sich daher auf Anlagen beschränken, welche einen Überhitzer
mit gesonderter und regelbarer Feuerung besitzen, umschließt also z. B. nicht Kessel
mit Rostfeuerung. Wird jedoch bei einer Anlage gemäß der Erfindung die Dampfzufuhr
zur Hauptturbine plötzlich unterbunden, dann strömt immer noch eine gewisse Dampfmenge
durch das nicht vollständig abschließende, vor dein überhitzer angeordnete Regelorgan
in den Überhitzer und über das Ventil J (s. Zeichnung), welches zweckmäßiggrweis,e
als Sicherheits- oder Überströmventil ausgebildet wird, in den Speicher. Auf diese
Art und Weise werden nicht nur die Überhitzerrohre, gekühlt, also vor dem Verbrennen
bewahrt, ohne daß die Feuerung eigens geregelt werden müßte, sondern es werden auch
Dampf- und damit Speisewasserverluste vermieden, da die Überschußdampfmenge durch
den Überhitzer in den Speicher abblasen kann. Gerade der letzte Vorteil darf nicht
unterschätzt werden, da Hochdruckkessel bekanntlich besonders sorgfältig gereinigtes
Speisewasser verlangen. Weitaus häufiger als im ortsfesten Betrieb kommt das plötzliche
Abstellen der Hauptmaschine im Lokomotivbetrieb vor. Unvorhergesehenes Anhalten
vor dem Einfahrtssignal, rasches Abstellen an Umbau- oder sonstigen Langsamfahrstellen
kommen bei jeder Betriebsfährt sehr häufig vor. Die Einrichtung nach der Erfindung
ist daher geeignet, im Lokomotivbetrieb, insbesondere bei den neuerdings gebauten
Hochdrucklokomotiven, erheblich zur Steigerung der Sicherheit und Wirtschaftlichkeit
beizutragen.
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Der Umstand, daß bei Einrichtungen gemäß der Erfindung das unmittelbar
vor der Kraftmaschine angeordnete Regelorgan den hohen Dampftemperaturen ausgesetzt
ist, dürfte kaum zuungunsten der Erfindung sprechen, da bei den allgemein üblichen
Regelungsausführungen die Regelventile stets unter hohen Überhitzungstemperaturen
arbeiten, ohne daß ihre Zuverlässigkeit dadurch beeinträchtigt würde. -
In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt.
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A bedeutet den Kessel, B einen ersten Überhitzer. Kessel
und erster Überhitzer können auch z. B. bei Dampferzeugung beim kritischen Druck
als ein Ganzes ausgeführt sein. Weiterhin sind zwei Drosselorgane C und E vorgesehen.
Der vom überhitzer B kommende Dampf durchströmt erst das Drosselorgan C, dann einen
Überhitzer D und sodann das Drosselorgan E. F ist die Zuleitung des Dampfes zur
Hochdruckmaschine. Eine weitere Leitung H führt über ein Überströmorgan T zu einem
Speicher K, der zum Ausgleich von Schwankungen dient.
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Wird bei Höchstlast von der Hauptinaschine eine Dampfmenge G benötigt,
so sei Glia die kleinste Dampfmenge, bis zu der ausschließlich das Drosselorgan
C als Regelungsorgan wirkt. Es kann z. B. n- 5 gesetzt werden. Benötigt die Hauptmaschine
eine Dampfmenge, die noch kleiner ist als Gln, so tritt das Drosselorgan E in Tätigkeit,
während der durch Drosselorgan C freigegebene Ouerschnitt nicht weiter herabgesetzt
wird. Bei einer geringen Dampferzeugung, die zwischen o und G/7a beträgt, geht also
der gesamte im Kessel erzeugte Dampf durch den Überhitzer, auch wenn ein Teil des
Dampfes in der Kraftmaschine nicht gebraucht wird. Was hiervon an der Hauptmaschine
nicht gebraucht wird, strömt durch die Leitung H ab und kann z. B. in den Speicher
K gefördert werden. Natürlich ist es auch möglich, diese überschüssige Dampfmenge
anderweitig abzuführen, z. B. kann man sie in einen. Kondensator oder in einen Vorwärmer
leiten. Wirtschaftlicher ist es, die überschüssige Dampfmenge etwa über den Speicher
zum Betrieb von Hilfsmaschinen zu verwenden, die sonst, nämlich bei größerer Belastung,
anderweitig mit Dampf versorgt werden. Die Betätigung des Überströmorganes T kann
selbsttätig erfolgen, indem, wenn das Drosselorgan E in Tätigkeit tritt, der Druck
im Überhitzer D und damit auch in der Leitung H
steigt. Die Einstellung
der Drosselorgane C und E kann entweder von Hand aus oder selbsttätig erfolgen.