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Grenzdampfkraftanlage, bei der der erzeugte Grenzdampf vor Eintritt
in die zur Druckminderung dienende Kraftmaschine überhitzt wird Bei dem Grenzdampfverfahren
wird Dampf gewissermaßen durch einen Grenzübergang im kritischen Punkt erzeugt,
d. h. das Verfahren wird so geleitet, daß das Arbeitsmittel unmittelbar aus dem
flüssigen in den dampfförmigen Zustand übergeht, ohne daß die bekannten Siedeerscheinungen
entstehen, die sich aus der Trennung von Dampf und Flüssigkeit ergeben.
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Wenn es auch möglich ist, mit dem hohen Druck, unter dem dieses Verfahren
zur Dampferzeugung verläuft, unmittelbar eine Kraft-naschine zu betreiben, so zieht
man .es doch im allgemeinen vor, den Gebrauchsdruck, mit dem der Dampf verarbeitet
wird, niedriger zu legen, da hierdurch die Schwieirigkeiten im Aufbau der Maschine
geringer werden. Der Erzeugungsdruck muß also auf den Gebrauchsdruck herabgesetzt
werden. Man hat zunächst daran gedacht, ein Drosselventil zur Druckminderung zu
verwenden. Drosselventile sind aber für diese höchsten Drücke sehr schwierig zu
bauen und unterliegen infolge der großen Dichte des Dampfes einem starken Verschleiß.
Außerdem geht das Drosselgefälle verloren. Wenn es auch nur gering ist, so stellt
es doch einen Verlust dar. Man hat nun zwar bereits auch vorgeschlagen, das Drosselventil
durch eine Kraftmaschine zu ersetzen, um die genannten Verluste möglichst herabzusetzen.
Besonders vorteilhaft kann man diesen Verlust herabmindern, wenn man bei Grenzdampfanlagen,
bei denen eine nicht unerhebliche Pumpenleistung zum Zuführen und zum Hindurchdrücken
des Speisewassers durch den Dampferzeuger aufzubringen ist, die das Drosselventil
ersetzende Hilfsdampfkraftmaschine zum Antreiben der Speisepumpe des Dampferzeugers
benutzt. Wenn die als Druckminderorgan dienende Kraftmaschine auch verhältnismäßig
einfach aufgebaut werden kann, da an ihren Wirkungsgrad keine allzu hohen Forderungen
gestellt zu werden brauchen, so muß doch berücksichtigt werden, daß die Maschine
für den hohen Erzeugungsdruck bemessen ist. Durch die Erfindung soll der Vorteil,
der sich aus der Verwendungeiner Hilfsdampfkraftmaschine als Ersatz für ein Drosselorgan
ergibt, gewahrt werden; es sollen aber gleichzeitig die Schwierigkeiten, die sich
bei dieser Anordnung ergeben, verringert werden, und zwar dadurch, daß gemäß der
Erfindung der erzeugte Grenzdampf vor Eintritt in die zur Druckminderung dienendeKraftmaschine
unter gleichzeitiger Druckabsenkung überhitzt wird. Wesentlich ist dabei, daß die
Druckabsenkung im L?berhitzer nicht, wie es früher vorgeschlagen wurde, so - weit
getrieben wird, daß das Gesamtdrosselgefälle durch den Überhitzerwiderstand aufgebracht
wird,- sondern es wird im überhitzer nur so viel Druckgefälle vernichtet, als zur
Erzielung eines einfachen und billigen Aufbaues der Hilfskraftmaschine erforderlich
ist. Außerdem ergibt sich bei der Erfindung die günstige Wirkung, daß das in der
Kraftmaschine zu verarbeitende
Druckgefälle so bemessen werden
kann, daß es gerade zur Deckung der Pumpenleistung ausreicht, so daß überschußenergie
an der Welle der Hilfsmaschine nicht zur Verfügung zu stehen braucht. Dieser Fall
bietet nämlich gewisse Schwierigkeiten, da man im allgemeinen die Druckmindermaschine
als Schnelläufer bauen muß und dann freie Energie über das Ritzel weiterleiten müßte.
Die Herstellung von derartigen Getrieben für größere Leistung stößt auf eine ganze
Reihe von Schwierigkeiten, die man aber vermeiden kann, wenn man der Druckmindermaschine
nur so viel Gefälle zuweist, als die Pumpe Leistung erfordert.
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In der Abb. i ist das neue Verfahren schaubildlich dargestellt. Das
Arbeitsmittel wird, nachdem es unter 2z5 Atm. auf mindestens 374° erhitzt worden
ist, einem überhitzer zugeleitet, dessen Rohre so bemessen sind, daß in ihm bei
Vollast ein Druckabfall bis auf i55Atm. bei gleichzeitiger überhitzung auf etwa
450° (PunktA) eintritt. Mit diesem Zustand gelangt das Arbeitsmittel in die Vorschaltturbine,
in der sein Druck bis auf iooAtm. bei q.00° gemindert wird (Punkt B). Mit diesem
Zustand gelangt es in die Hauptmaschine, in der es zunächst bis auf 2 i Atm. entspannt
wird (Punkt C) ; es wird dann je nach Bedarf wieder überhitzt (Punkt 1?) und wird
dann weiteren Verbrauchern, die reine Kraft- oder reine Wärmeverbraucher sein können,
zugeführt.
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Das Schaltbild einer derartigen Kraftanlage zeigt die Abb. 2. Flüssiges
Arbeitsmittel wird durch die Pumpe 2 einem Speisewasserbehälter entnommen und unter
mindestens kritischem Druck in ein Rohrsystem i gedrückt, das durch einen Brenner
3 bis auf mindestens kritische Temperatur des Arbeitsmittels erhitzt wird. Der im
Rohrsystem i erzeugte Dampf durchströmt dann den überhitzer 14, dessen Rohre so
bemessen sind, daß in ihm ein bestimmter Druckabfall, z. B. bis auf 155 Atm. entsprechend
Abb. i, eintritt. Nach Minderung seines Druckes gelangt das Arbeitsmittel zur Vorschaltdrosselmaschine
4., die die Pumpenantriebsleistung deckt. Die eigentliche Kraftmaschine der Anlage
ist mit 5 bezeichnet. Sie ist für einen Anfangsdruck gebaut, der wesentlich niedriger
liegt als der Druck, mit dem der Dampf den Iiberhitzer i q. verläßt. Die erforderliche
Druckminderung wird in üblicher Weise durch die Drosselmaschine 4 hervorgerufen.
6 bedeutet einen Zwischenüberhitzer, der durch einen Brenner 7 beheizt wird, ä eine
Leitung, die zu weiteren Verbrauchern führt.
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In dem Schaubild in der Abb. i ist gestrichelt eine Abänderung des
Verfahrens dargestellt, und zwar derart, daß die Eintrittstemperatur des Arbeitsmittels
in die Vorschaltmaschine und in die Hauptmaschine annähernd die gleiche ist. In
diesem Falle ist der Eintrittsdruck in die Vorschaltmaschine höher, aber die Expansionsendtemperatur
geringer. Würde man in diesem Falle den Dampf aus der Vorschaltmaschine unmittelbar
in die Hauptmaschine abgeben, so würde der Entspannungsvorgang bis weit in das Sättigungsgebiet
hinein verlaufen. Die sich hieraus ergebende Gefährdung der Hauptmaschine wird dadurch
vermieden, daß das Arbeitsmittel nach Verlassen der Vorschaltmaschine vor Eintritt
in die Hauptmaschine erneut überhitzt wird.
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In der Abb. 2 sind zwei Ventile 9 und i o dargestellt. Diese beiden
Ventile dienen zur Steuerung der Anlage bei Teilbelastungen. Die im Diagramm dargestellten
Verhältnisse gelten für Vollbelastung. Da dementsprechend bei Teilbelastungen irgendwelche
Steuerungen vorgesehen werden müssen, um die Anlage dem veränderten Bedarf anzupassen,
so kann man entweder die Dampfzufuhr zur Hauptmaschine oder die Dampfzufuhr zur
Vorschaltmaschine steuern. Die eine Möglichkeit besteht darin, daß man das Ventilg
als Druckminderventil ausbildet, wie es durch die gestrichelte Linie i i angedeutet
ist, d. h. also, die Drosselmaschine q. erhält stets Dampf von einer Spannung, die
die Normalspannung der Maschine nicht überschreiten kann. Will man dagegen einen
Wärmestau vom Kessel freihalten, so kann man das Ventil 9 als überströmventil ausbilden,
wie es die Linie 12 angibt. In diesem Fall ändert sich der Eintrittsdruck des Dampfes
in die Vorschaltmaschine, so daß der Wärmestau jetzt in der Vorschal_tmaschine liegt.
Man kann auf das Ventil 9 vollkommen verzichten und dafür das Ventil i o als Druckminderventil
anwenden, dessen Abhängigkeit durch die Linie 13 angedeutet ist. Gegebenenfalls
können naturgemäß die beiden Ventile 9 und i o gleichzeitig angewendet werden.
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Da, wie bereits gesagt, eine Steuerung der Dampfzufuhr durch die Ventile
9 und io in einem der Teile der Anlage einen Wärmestau hervorruft, so können gleichzeitig
mit diesen Ventilen die der Dampferzeugung dienenden Einrichtungen, z. B. Speisung
und Feuerung, geregelt werden.