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Dampfmaschinenanlage mit Zwischenüberhitzung Die Erfindung betrifft
Dampfmaschinenanlagen mit Zwischenüberhitzung. Es sind bereits Dampfmaschinenanlagen
mit mehrstufiger Expansion bekannt, bei denen zwischen den Expansionsstufen durch
besondere Heizelemente eine überhitzung des Zwischendampfes erfolgt. Die überhitzung
geschieht dabei durch Verbrennungsgase oder durch Dampf. Bei der Erfindung erfolgt
die Überhitzung durch Dampf. In den bekannten Einrichtungen, in denen zur Zwischenüberhitzung,
vorzugsweise nach dem Gegenstromprinzip, Frischdampf dient, wird der Dampf nach
Verlassen des Wärmeaustauschers entweder so oder nach eigener Überhitzung wieder
der Hauptmaschine oder einer Hilfsmaschine zugeführt und dort weiter ausgenutzt.
Derartige mit Frischdampf betriebene Zwischenüberhitzer sind verhältnismäßig umfangreich,
und es besteht keine Möglichkeit, den Frischdampf nach erfolgter Zwischenüberhitzung
in anderer Weise wirtschaftlich zu verwerten. Beispielsweise wären die Wärmemengen
für die Speisewasservorwärmung viel zu groß.
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Die Erfindung geht einen anderen Weg, der darin besteht, daß in Dampfmaschinenanlagen
mit mehrstufiger Entspannung und Zwischenüberhitzung durch Frischdampf nach dem
mit kondensierendem Frischdampf und/oder wenig entspanntem Dampf beheizten Zwischenüberhitzer
und vor dem folgenden Zylinder eine Vorrichtung angeordnet ist, in der dem Zwischendampf
weitere aus dem Abdampf der Maschinenanlage gewonnene Energie zugeführt wird, und
daß das Kondensat des Zwischenüberhitzungsdampfes der Anlage, z. B. einem Speisewasservorwärmer,
zugeführt wird. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß bei der in zwei Teilen erfolgenden
Überhitzung dem überhitzer nur eine verhältnismäßig
kleine Frischdampfmenge
zugeführt zu werden braucht, die so weit ausgenutzt wird, daß der Dampf kondensiert.
Dadurch erhält man geringere Abmessungen des Zwischenüberhitzers. Außerdem kann
das Kondensat vorzugsweise zur Speisewasservorwärmung verwendet werden.
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Der zweite, d.h. zusätzliche Teil der Überhitzung geschieht dann durch
eine Energievorrichtung, welche durch den Abdampf der Maschinenanlage betrieben
wird und welche die Überhitzung noch weiter steigert.
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Als Energiezufuhrvorrichtung wird zweckmäßig ein an sich bekannter,
durch den Abdampf der letzten Stufe der Maschine betriebener Turbokompressor verwendet.
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Für die Überhitzung gemäß Erfindung ist die Reihenfolge der Teilüberhitzung
von Bedeutung, da bei umgekehrter Reihenfolge der Temperaturunterschied so gering
wäre, daß nur durch eine Vergrößerung des überhitzers oder durch eine Steigerung
der Frischdampfmenge die Überhitzung wie bei der Anordnung nach der Erfindung erreichbar
wäre.
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In den Zeichnungen werden als Beispiel eine Ausführungsform einer
Vierfachexpansionsdampfmaschine gemäß der Erfindung sowie einige Diagramme gezeigt.
Fig. i ist ein Grundriß einer Dampfanlage für ein Fahrzeug, welche eine gemäß der
Erfindung angeordnete Vierfachexpansionsdampfmaschine umfaßt. Fig.2 zeigt ein Mollier-Diagramm
über die Arbeit einer Vierfachexpansionsdampfmaschine gemäß der Erfindung, bei welcher
der Zwischendampf teils zuerst mit Frischdampf überhitzt wird und teils sodann mittels
eines Turbokompressors mit Energie versehen wird, wobei genannter Turbokompressor
mit Abdampf vom N iederdruckzylinder der Maschine betrieben wird. Fig.3 zeigt ein
Diagramm einer Maschine gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei welcher
der Zwischendampf teils zuerst mittels Frischdampf überhitzt wird, teils hierauf
mittels elektrischer Energie oder auf andere Weise.
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Die in Fig. i gezeigte Dampfanlage besteht aus einem Dampfkessel 1,
aus einer Vierfachexpansionsdampfmaschine 2, versehen mit einem Hochdruckzylinder
3, einem ersten Mitteldruckzylinder 4, einem zweiten Mitteldruckzylinder 5 und einem
Niederdruckzylinder 6. Die Maschine ist mit einem Schiebergehäuse 7 versehen, welches
einen Schieber zur Regelung des Zustromes zum Zylinder 3 sowie des Zustromes von
Zylinder 3 zu Zylinder 4 enthält, und einem Schiebergehäuse 8, welches einen Schieber
enthält, der den Abstrom vom Zylinder 4 regelt. Zwei zwischen den Zylindern 4 und
5 angeordnete parallel gekoppelte Schiebergehäuse 9, in enthalten Schieber, welche
den Zustrom zum Zylinder 5 und das Weiterströmen von Zylinder 5 zu Zylinder 6 regeln.
Zwei weitere parallel gekoppelte Schiebergehäuse 11 und 12 enthalten Schieber für
die Regelung des Abstromes vom Zylinder 6. Von den Schiebergehäusen i i und 12 geht
eine Auspuffleitung 13 aus, welche in Verbindung gesetzt werden kann mit einem Kondensator
14; dies entweder direkt oder über eine Abdampfturbine 15, welche dazu dient, einen
Dampfkompressor 16 zu betreiben. Von dem Dampfkessel i wird Frischdampf durch die
Leitung 17 zum Schiebergehäuse 7 geführt, von welchem der Dampf zum Zylinder 3 und
von dort durch das Schiebergehäuse 7 zum Zylinder 4 strömt. Vom Zylinder ¢ geht
der Dampf ab durch das Schiebergehäuse 8 entweder durch die selbsttätigen Rückschlagventile
18 direkt zu den Einströmschiebergehäusen 9 und io für Zylinder 5 oder durch eine
Leitung 19, einen Zwischenüberhitzer 2o, den Dampfkompressor i 6 und die Leitung
21 zu den Schiebergehäusen 9, to. Der Zwischenüberhitzer 20 wird mittels Frischdampf
beheizt, welcher vom Dampfkessel i durch die Leitungen 22, 23 geführt und im Zwischenüberhitzer
kondensiert wird, von welchem das Kondensat durch einen Kondenswasserableiter 24
und eine Leitung 25 abgeht zu der letzten letzten Vorwärmstufe 28 in einem dreistufigen
Speisewasservorwärmer 26, 27, 28. Von der Vorwärmstufe 28 wird das abgekühlte Kondensat
durch die folgenden Vorwärmstufen 27, 26 zu einer Kondensatpumpe 31 geführt. Durch
die Leitung 29 kann der Abdampf vom Zylinder 4 der Vorwärmstufe 28 zugeführt werden:
Vom Kondensator 14 wird das Kondensat durch eine Leitung 3o zu einer Speisewasserpumpe
31 geführt, von welcher das Speisewasser durch die Leitung 32 der ersten Stufe 26
in den im Hinblick auf das Speisewasser serienweise zusammengekoppelten Vorwärmstufen
26, 27, 28 zugeführt wird. Das Speisewasser wird hier von Dampf vorgewärmt, der
nach der vierten Expansionsstufe der Dampfmaschine abgelassen und durch eine Leitung
33 dem Speisewasservorwärmer 26. zugeführt wird, woselbst der Dampf kondensiert
wird, worauf das Kondensat durch die Leitung 34 zur Saugseite der Speisewasserpumpe
rinnt und zusammen mit dem Kondensat vom Kondensator in den Speisewasservorwärmer
gepumpt wird.
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Eine Hilfsmaschine 35, bestehend aus einer Verbundmaschine, treibt
einen elektrischen Generator 36, welcher an die Kondensatorhilfsmaschinen, an die
Lenzpumpen, an die elektrisch betriebenen Deckmaschinen usw. Strom liefert. Der
Verbundmaschine 35 wird Frischdampf durch die Leitungen 22, 37 zugeführt, und der
Abdampf von der Verbundmaschine wird entweder direkt durch die Leitung 38 zum Kondensator
14 geführt oder durch die Leitung 39 zur anderen Stufe des Speisewasservorwärmers.
Vom Speisewasservorwärmer 26, 27, 28 wird das Speisewasser durch die Leitung 4o
zum Kessel i geführt.
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Für Vierfachexpansionsdampfmaschinen hat man früher in Vorschlag gebracht,
den Zwischendampf zwischen dem zweiten und dritten Zylinder mittels Frischdampf
zu überhitzen.
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Fig.2 zeigt die Arbeit des Dampfes im Mollier-Diagramm der in Fig.
i beschriebenen Anlage. Linie 44 bezeichnet die Expansion des Dampfes in der ersten
und zweiten Expansionsstufe, welche Expansion mit gutem Wirkungsgrad innerhalb des
Bereiches des überhitzten Dampfes erfolgt. Der
Abdampf vom Zylinder
4 wird hierauf mit Hilfe von Frischdampf im Zwischenüberhitzer 2o nach der Linie
45 erhitzt, worauf der Dampf vom Turbokompressor 16 zugeführt wird, woselbst dessen
Druck und Temperatur gemäß der Linie 46 weiter erhöht wird. Darauf erfolgt Expansion
in den Zylindern 5 und 6 gemäß der Linie 47 fortwährend mit verhältnismäßig gutem
Wirkungsgrad und innerhalb des Bereiches des überhitzten Dampfes, und schließlich
expandiert der Dampf in der Abdampfturbine 15 gemäß Linie 48 zum Schlußzustand im
Kondensator 14. Dadurch, daß der mit Frischdampf gespeiste Zwischenüberhitzer vor
den Turbokompressor geschaltet und mit diesem serienweise zusammengekoppelt ist,
kann der verwendete Frischdampf besser ausgenutzt werden zur überhitzung des Zwischendampfes,
und der überhitzer kann kleiner gehalten werden, als wenn der Turbokompressor od.
dgl. vor den mit Frischdampf od. dgl. gespeisten Zwischenüberhitzer geschaltet wäre.
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In Fig.3 wird in -Diagrammform die Arbeitsweise in einer Dampfmaschine
gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung anschaulich gemacht. 49 bezeichnet
hier die Expansion z. B. in der ersten und zweiten Stufe einer Vierfachexpansionsdampfmaschine.
Der Abdampf der zweiten Expansionsstufe -wird mit Hilfe von Frischdampf so überhitzt,
daß dessen Wärmegehalt entlang der Linie 50 zu Punkt 51 steigt, worauf der
Zwischendampf weiter überhitzt wird mit Hilfe von Energie, die aus dem Abdampf einer
der weiteren Expansionsstufen gewonnen wird, z. B. mit Hilfe von elektrischer Energie
von einem durch eine Abdampfturbine betriebenen Generator od. dgl. Der Wärmegehalt
des Zwischendampfes steigt daher längs Linie 52, worauf die Expansion in der dritten
und vierten Stufe der Maschine gemäß Linie 53 vor sich geht und weiter sich fortsetzt
in der Abdampfturbine od. dgl. Die oben beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten
Ausführungsformen der Erfindung sind lediglich als Beispiele zu betrachten, und
die Einzelheiten der Erfindung können natürlich auf verschiedene Weise innerhalb
des Rahmens der Patentansprüche abgeändert werden. So kann z. B. die Erfindung bei
Mehrfachexpansionsdampfmaschinen mit Expansion in mehr oder weniger Stufen als beschrieben
wurde, z. B. bei Dreifachexpansionsdampfmaschinen, Anwendung finden. Die Erfindung
kann weiter sowohl Anwendung finden beim Neubau als auch beim Umändern alter Maschinen
zur Verbesserung von deren Wirkungsgrad. Anstatt für die erste Erhöhung des Wärmegehaltes
des Zwischendampfes Frischdampf zu verwenden, kann in gewissen Fällen zu diesem
Zweck Anzapfdampf verwendet werden, der nach der ersten Expansionsstufe der Maschine
abgelassen wird und nicht so weit expandiert ist wie Zwischendampf.