DE424170C - Steam turbine system for mobile locomotives or locomotives - Google Patents

Description

Dampfturbinenanlage für ortsbewegliche Lokomobilen oder Lokomotiven. Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung einer leicht ortsveränderlichen Dampfturbinenanlage, vorzugsweise für größere Leistungen, etwa zwischen 50 und 2ooo P. S. für Lokomobilen oder Lokomotiven., Die Erfindung besteht darin, daß zur Erzielung eines an sich bekannten geschlossenen Kreislaufes des Arbeitswassers bei einer aus Kessel, Turbine, Betriebsmotor und Kondensationseinrichtung bestehenden und auf einem gemeinsamen Unterbau vereinigten Anlage als Dampferzeuger ein oder mehrere Hochspannungswasserrohrkessel vorgesehen sind.Steam turbine system for mobile locomotives or locomotives. The present invention aims to create an easily portable steam turbine system, preferably for greater outputs, between 50 and 2ooo HP for locomotives or locomotives , Operating engine and condensation device and combined on a common substructure as a steam generator one or more high-voltage water tube boilers are provided.

Es wurden zwar schon wiederholt Vorschläge und Versuche zur Verwendung des Dampfturbinenantriebs für obige Zwecke, insbesondere Lokomotiven, gemacht. Indessen beschränkten sich diese auf die Verwendung des bisherigen schweren Lokomotivkessels, der einerseits keinen solch hohen Druck erlaubt, wie es für die Erzielung einer wesentlich höheren Wirtschaftlichkeit als bisher erforderlich ist, andererseits gestattet derselbe aus räumlichen Gründen nicht die vorteilhafte Unterbringung eines luftgekühlten Kondensators. Die dadurch bisher gänzlich fehlende oder mir teilweise Niederschlagung des Dampfes erlaubte infolgedessen nicht die Anwendung eines engrohrigen Wasserrohrkessels, dessen störungsfreier Dauerbetrieb bekanntlich die Verwendung derart unreinen Wassers, wie es z. B. die jetzigen Lokomotiven oder Lokomobilen notgedrungenerweise verwenden müssen, ausschließt, insbesondere bei Erhöhung des Betriebsdrucks über die bisher übliche Grenze.There have been repeated suggestions and attempts to use it of the steam turbine drive for the above purposes, especially locomotives. In the meantime these were limited to the use of the previous heavy locomotive boiler, which, on the one hand, does not allow such high pressure as is necessary to achieve a on the other hand, significantly higher economic efficiency than previously required does not allow the same for spatial reasons the advantageous accommodation of a air-cooled condenser. The one that has been completely missing or partially for me as a result As a result, the suppression of the steam did not permit the use of a narrow pipe Water tube boiler, the trouble-free continuous operation of which is known to be the use such impure water as it is, for. B. the current locomotives or locomobiles forced to use, especially when increasing the Operating pressure over the previously usual limit.

Umgekehrt gestattet erst die wesentliche Drucksteigerung des Dampfes, besonders wenn sie noch mit hoher Überhitzung des Dampfes verbunden ist, eine derartige Verringerung des Dampfverbrauchs, daß der Einbau einer Luftkondensation hinsichtlich des dafür erforderlichen Raumes und mitzuführenden Gewichts praktisch gut möglich ist.Conversely, only the substantial increase in the pressure of the steam allows especially if it is also associated with high superheating of the steam, such a thing Reduction of steam consumption that the installation of air condensation with regard to the space required and the weight to be carried practically possible is.

Die durch die Vereinigung der obenerwähnten Elemente, insbesondere der Verwendung eines vollständig geschlossenen Kreislaufs des Arbeitsmittels, entstehenden einschneidenden Vorteile bestehen einerseits in der bereits erwähnten Erhöhung der Wirtschaftlichkeit, andererseits entfallen die Unzuträglichkeiten für die häufige Wassereinnahme und Kesselreinigung, wie sie bei Auspuffbetrieb entstehen, so daß sich auch eine bessere Ausnutzung des Lokomotivparks ergibt. Die Verwendung eines Hochspannungskessels ergibt zugleich verhältnismäßig kleine Abmessungen des Kessels sowie der Turbine mit Getriebe, so daß entweder bei gegebenem Höchstgewicht eine Anlage von wesentlich größerer Leistung als bisher mitgeführt werden kann, was besonders z. B. bei Lokomobilen wichtig ist, oder aber es kann für bequem regelbaren Antrieb der Triebräder des Fahrzeugs oder von Arbeitsmaschinen das Gewicht für einen mitzuführenden elektrischen Stromerzeuger aufgewandt werden, von dem aus die Motoren der Triebräder oder Arbeitsmaschinen angetrieben sein können. Ein derartiger mittelbarer Antrieb der Triebräder ist besonders deshalb vorteilhaft, weil dabei die schädliche Rückwirkung einer ungleichmäßigen Umlaufsgeschwindigkeit der Triebräder, z. B. bei Ungenauigkeiten des Geleises auf die dünne Turbinenwelle und die Welle des ersten schnelllaufenden Getrieberitzels, entfallen.The result of the union of the elements mentioned above, in particular the use of a completely closed circuit of the working medium On the one hand, there are decisive advantages in the already mentioned increase in Economy, on the other hand, the inconveniences for the frequent ones are eliminated Water intake and boiler cleaning, as they occur with exhaust operation, so that there is also a better utilization of the locomotive park. Using a High-voltage boiler also results in relatively small dimensions of the boiler as well as the turbine with gearbox, so that either a System of much greater power than before can be carried, which is special z. B. is important for locomotives, or it can be used for conveniently controllable drive the driving wheels of the vehicle or of working machines the weight for one to be carried electrical power generator are used, from which the motors of the driving wheels or work machines can be driven. Such an indirect drive the driving wheels is particularly advantageous because doing the damaging reaction an uneven rotational speed of the drive wheels, e.g. B. in the event of inaccuracies of the track on the thin turbine shaft and the shaft of the first high-speed Gear pinion, omitted.

Bei Verwendung einer derartigen Lokomobile z. B. für vorübergehenden ortsfesten Betrieb ergibt sich durch die Luftkondensation ein weiterer wirtschaftlicher Vorteil dadurch, daß die warme Abluft vom Kondensator oder Rückkühler für Heiz- oder Trockenzwecke verwandt werden kann, was besonders z. B. für landwirtschaftliche Betriebe von Wichtigkeit ist.When using such a locomobile z. B. for temporary Stationary operation is another more economical one due to air condensation Advantage of the fact that the warm exhaust air from the condenser or dry cooler for heating or drying purposes can be used, which is particularly z. B. for agricultural Establishments matter.

In den Abb. z bis q. ist ein Beispiel der Erfindung für den Fall einer Lokomobile mit elektrischer Kraftmaschine für die eigene Fortbewegung sowie für Arbeitszwecke und unter Verwendung mittelbarer Abführung der Dampfwärme in einem Einspritzkondensator dargestellt. Es bezeichnet r einen öl- oder kohlenstaubbefeuertenWasserrohrkessel, dessendampferzeugendem Rohrbündel 2 noch ein Dampfüberhitzer 3 sowie gegebenenfalls zur weiteren Ausnutzung der Abgabe ein Speisewasservorwärmer q., ferner ein Luftvorwärmer 5 nachgeschaltet sein können. Durch das Rohr 6 entweichen die Abgase ins Freie, während die Frischluft durch die Öffnung 7 von vorn eintritt. Infolge deren Anordnung hinter dem Rückkühler für das Einspritzwasser ist die Verbrennungsluft vorteilhafterweise bereits etwas vorgewärmt und beschleunigt. Nach Durchströmen des Luftvorwärmers gelangt die Verbrennungsluft durch den Kanal8 nach dem Kesselgebläse 9, das etwa mittels einer kleinen Dampfturbine io angetrieben sein kann. Von 9 gelangt die Luft in die Luftvorkammer ii und von da durch das Absperr- und Regelorgan ia und die Luftdüse 13 in die Verbrennungskammer 1:4 des Kessels. 15 sind ein oder mehrere Ölzerstäuber oder Brenner, 16 das Hauptabsperrventil. Von diesem strömt der Dampf in der Pfeilrichtung zunächst nach dem Uberhitzer 3 und von da nach der Turbine 17, die als schnellaufende Geschwindigkeitsturbine mit nur einem oder bei hohem Spannungsgefälle zweckmäßigerweise unterteilten Turbinengehäuse ausgebildet ist. Von dem Abdampfraum des Niederdruckteils strömt der Dampf unmittelbar nach unten in den etwa gleichzeitig als Fundament für Turbine mit Übersetzungsgetriebe dienenden Einspritzkondensator 18. i9 ist ein Zahnradübersetzungsgetriebe, das mit Rücksicht auf möglichst starren Aufbau unmittelbar mit der Turbine verbunden ist. Für gewisse Fälle kann dasselbe z. B. auch durch ein Flüssigkeitsgetriebe oder nur dessen Primärteil (z. B. eine Hochdruckkreiselpumpe oder ein Kapselgetriebe) ersetzt sein, sofern z. B. die Räder des Fahrzeugs oder die von der ortsveränderlichen Anlage aus anzutreibenden Kraftmaschinen, wie z. B. große Förderpumpen, Bagger u. dgl., mittels dessen Sekundärteil (z. B. Flüssigkeitsturbinen) angetrieben werden sollen. Als anzutreibende Kraftmaschine ist bei dem bezeichneten Beispiel eine Dynamomaschine 2o angenommen, die sowohl für die Lieferung des Stromes an die Motoren 39 der Triebräder als auch für sonstige Motoren oder Lichtzwecke u. dgl. dient. Die ganze Anlage ist auf den durchlaufenden Wagenunterbau 2i mit den Triebrädern 22 aufgestellt; letztere können gegebenenfalls in bekannter Weise durch sogenannte Raupenbänder verbunden sein. .23 ist der Unterbau für die Dynamomaschine, der zweckmäßig mit dem Kasten 18 baulich starr verbunden ist, um eine gute gegenseitige Lagerung der Dynamowelle und der getriebenen Welle des Ubersetzungsgetriebes ig zu erhalten.In Figs. Z to q. is an example of the invention in the case of one Locomobile with an electric motor for your own locomotion as well as for Work purposes and using indirect dissipation of steam heat in one Injection capacitor shown. It denotes an oil or coal dust-fired water tube boiler, The steam-generating tube bundle 2 also has a steam superheater 3 and, if applicable a feedwater preheater q., furthermore an air preheater, for further utilization of the output 5 can be connected downstream. The exhaust gases escape through the pipe 6, while the fresh air enters through the opening 7 from the front. As a result of their arrangement The combustion air is advantageously behind the recooler for the injection water already something preheated and accelerated. After flowing through the Air preheater, the combustion air passes through duct 8 to the boiler fan 9, which can be driven for example by means of a small steam turbine io. Got from 9 the air into the air pre-chamber ii and from there through the shut-off and control element ia and the air nozzle 13 into the combustion chamber 1: 4 of the boiler. 15 are an or several oil atomizers or burners, 16 the main shut-off valve. From this flows the steam in the direction of the arrow first after the superheater 3 and from there to the Turbine 17, which as a high-speed turbine with only one or at high voltage gradient expediently subdivided turbine housing formed is. The steam flows in immediately from the exhaust chamber of the low-pressure part below at about the same time as the foundation for the turbine with transmission gear serving injection capacitor 18. i9 is a gear reduction gear that is connected to Consideration that the structure is as rigid as possible and is directly connected to the turbine. For certain cases the same can be done e.g. B. also by a fluid transmission or only its primary part (e.g. a high pressure centrifugal pump or a capsule gear) replaced be, provided z. B. the wheels of the vehicle or those of the portable system from driving machines to be driven, such as. B. large feed pumps, excavators, etc., by means of which secondary part (e.g. liquid turbines) are to be driven. In the specified example, a dynamo is the prime mover to be driven 2o assumed both for supplying the electricity to the motors 39 of the driving wheels as well as for other motors or lighting purposes and the like. The whole facility is placed on the continuous carriage substructure 2i with the drive wheels 22; latter can optionally be connected in a known manner by so-called caterpillar belts be. .23 is the substructure for the dynamo, which is useful with the box 18 is structurally rigidly connected to ensure good mutual support of the dynamo shaft and the driven shaft of the transmission gear ig.

24 ist ein am Vorderteil der ganzen Anlage angeordneter luftgekühlter Rückkühler für das Einspritzwasser, der in einer den üblichen Motorkühlern nachgebildeten Weise ausgeführt sein kann. 25 ist das Kühlergebläse, wofür eine Luftschraube angenommen ist, die etwa mittels einer kleinen Dampfturbine 26 mit Übersetzungsgetriebe angetrieben sein kann. 27 ist ein. den Kühler 24. tragender Ring, der gleichzeitig zur Führung der in der Pfeilrichtung 28 abströmenden Luft dient und etwa durch einige Arme 29 mit dem Maschinengehäuse 30 verbunden ist. Dem Kühler 2¢ wird das zu kühlende Einspritzwasser durch die aus dem Mischbehälter i8 saugende Kreiselpumpe 31 durch die Leitung 32 zugeführt, wobei erstere ebenfalls durch eine kleine schnellaufende Dampfturbine 33 mit Übersetzungsgetriebe angetrieben sein kann. Von dem Kühler 24 strömt das gekühlte Wasser durch die Leitung 34 nach dem Einspritzorgan 35. 36 ist eine Turbokesselspeisepumpe; die übrigen erforderlichen Hilfseinrichtungen, wie Schmieröl- und Brennstoffpumpe, Vorwärmer zum Niederschlagen des Abdampfes der Hilfsmaschinen, Brennstoffbehälter usw., sind nicht gezeichnet. 37 bezeichnet noch den Boden des Maschinenraumes, 38 dessen Eingangstür und 39 die elektrischen Motoren für die Triebräder.24 is an air-cooled recooler for the injection water, which is arranged on the front part of the entire system and which can be designed in a manner simulating the usual engine coolers. 25 is the radiator fan, for which a propeller is assumed, which can be driven for example by means of a small steam turbine 26 with a transmission gear. 27 is a. The ring carrying the cooler 24, which at the same time serves to guide the air flowing out in the direction of the arrow 28 and is connected to the machine housing 30 by some arms 29, for example. The injection water to be cooled is fed to the cooler 2 [by] the centrifugal pump 31 sucking out of the mixing container 18 through the line 32, the former likewise being driven by a small high-speed steam turbine 33 with a transmission gear. The cooled water flows from the cooler 24 through the line 34 to the injection element 35. 36 is a turbo boiler feed pump; the other necessary auxiliary equipment, such as lubricating oil and fuel pumps, preheaters for precipitating the steam from the auxiliary machines, fuel tanks, etc., are not shown. 37 also indicates the floor of the engine room, 38 its entrance door and 39 the electric motors for the drive wheels.

Bei mittelbarer Abführung der Dampfwärme kann naturgemäß an Stelle des Einspritzkondensators 18 auch ein in üblicher Weise mit Röhren durchzogener Oberflächenkondensator treten, dessen Kühlwasser im Kühler 24 immer wieder rückgekühlt wird.With indirect dissipation of steam heat can naturally take place of the injection condenser 18 is also a conventionally traversed with tubes Surface condenser occur, the cooling water of which is recooled again and again in the cooler 24 will.

In Fällen wo es z. B. bei einer kurzen Betriebsdauer auf die Wirtschaftlichkeit der Kraftanlage selbst nicht zu sehr ankommt und eine Abwärmeausnutzung der warmen Kühlluft möglich oder eine sehr einfache Turbine mit wenigen Stufen gewünscht wird, ist es in Anbetracht des hohen Kesseldruckes zweckmäßig, die Niederschlagung des Dampfes bei Drücken annähernd gleich dem Atmosphärendruck oder darüber erfolgen zu lassen. Hierbei wird der weitere Vorteil erreicht, daß wegen des größeren Temperaturgefälles zwischen Dampf- und Einspritzwasser und Kühlluft einerseits der Oberflächenkondensator oder Rückkühler wesentlich kleiner als bei Betrieb mit hoher Luftleere werden kann; andererseits ist die Temperatur der abziehenden Kühlluft höher und daher für manche Zwecke (z. B. Raumheizung oder Trocknung) geeigneter.In cases where z. B. with a short operating time on the economy the power plant itself does not matter too much and a waste heat utilization of the warm Cooling air is possible or a very simple turbine with a few stages is required, In view of the high boiler pressure, it is advisable to suppress the Steam take place at pressures approximately equal to or above atmospheric pressure allow. This has the further advantage that because of the greater temperature gradient between steam and injection water and cooling air, on the one hand, the surface condenser or dry cooler can be much smaller than when operating with a high vacuum; on the other hand, the temperature of the exhausting cooling air is higher and therefore for some Purposes (e.g. space heating or drying) are more suitable.

Claims (1)

PATRINT-AISPRUCI3: Dampfturbinenanlage für ortsbewegliche Lokomobilen oder Lokomotiven, bei der sämtliche Teile (Kessel, Turbine, Betriebsmotor und Kondensationseinrichtung) auf einem gemeinsamen Unterbau angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines geschlossenen Kreislaufes des Arbeitswassers ein oder mehrere Hochspannungswasserrohrkessel vorgeselwn sind.PATRINT-AISPRUCI3: Steam turbine system for mobile locomotives or locomotives in which all parts (boiler, turbine, operating engine and condensation device) are arranged on a common base, characterized in that for Achieving a closed cycle of the working water one or more high-voltage water tube boilers are preselwn.