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Speiseeinrichtung für Dampfkessel, insbesondere Lokomotivkessel Gegenstand
der Erfindung ist eine Speiseeinrichtung für Dampfkessel, insbesondere Lokomotivkessel,
mit einem Zwischenbehälter zwischen der Druckleitung einer mit Dampf, insbesondere
mit Abdampf betriebenen Strahlpumpe und der Saugleitung einer mit Dampf betriebenen
Kesselspeisepumpe. Bei einer bekannten Speiseeinrichtung dieser Art erfolgt die
Regelung des Druckes in dem Zwischenbehälter durch die Speisepumpe selbst und die
Regelung der Temperatur durch eine Vorrichtung, welche sich nach der Menge der Speisewasserzufuhr
zu dem Zwischenbehälter einstellt. Diese vorbekannte Speiseeinrichtung gibt aber
keine Lösung für den Fall, daß die Temperatur des in den Zwischenbehälter eintretenden
Wassers Schwankungen unterworfen ist, wie es doch im Lokomotivbetrieb der Fall ist,
wo die Temperaturschwankungen des Speisewassers bedingt sein können durch Schwankungen
der Temperatur des Tenderwassers oder durch Änderungen des Gegendruckes des Abdampfes
in der Strahlpumpe. Bei der bekannten Einrichtung kann es daher vorkommen, daß der
Behälter durch die Pumpe entleert wird und die Pumpe dann durchzugehen anfängt.
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Bei der Speiseeinrichtung gemäß der Erfindung ist dagegen die Wirkung
der Kesselspeisepumpe vollständig unabhängig von der Temperatur des Wassers beim
Eintreten in den Zwischenbehälter. Der Lauf der Pumpe wird vielmehr in Abhängigkeit
von der Lage eines in dem Zwischenbehälter angeordneten Schwimmers geregelt, welcher
die Dampfzufuhr zu der Antriebsmaschine für die Kesselspeisepumpe so beeinflußt,
daß beim Steigen des Wasserspiegels und des Schwimmers in dem Zwischenbehälter das
Zudampfventil im Sinne des bffnens und beim Sinken des Wasserspiegels im Sinne des
Schließens bewegt wird, während der Abdampf der Pumpenantriebsmaschine mit regelbarem
Druck in den Zwischenbehälter geleitet wird.
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Die Regelung der Dampfzufuhr zur Antriebsmaschine einer Pumpe durch
einen Schwimmer im Mischvorwärmer ist an sich bekannt, aber in einem anderen Zusammenbange
als beim Erfindungsgegenstand, nämlich bei einem Mischvorwärmer, der als Entlüftungsvorrichtung
dient. Gegenüber der erwähnten vorbekannten Speiseeinrichtung mit Zwischenbehälter
zwischen Strahlpumpe und Kesselspeisepumpe, bei welcher zur Regelung der Temperatur
im Zwischenbehälter stets Frischdampf aus dem Kessel benutzt wird, ergibt sich bei
der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durch Regelung der Temperatur des
Wassers im Zwischenbehälter vermittels des Abdampfes der Pumpenantriebsmaschine
noch
der weitere Vorteil, daß man die Wärme des Abdampfes für die Vorwärmung des Speisewassers
zurückgewinnt. Hierbei können die Verhältnisse zwischen Strahlpumpe und Zwischenbehälter
so bemessen werden, daß unter normalen Betriebsbedingungen der gesamte Abdampf aus
der Pumpenantriebsmaschine in dem Zwischenbehälter niedergeschlagen wird. Ferner
erreicht man dadurch, daß der Abdampf der Pumpenantriebsmaschine in den Zwischenbehälter
eingeleitet wird, den Vorteil, daß das Speisewasser der Saugleitung der Kesselspeisepumpe
unter Druck zugeführt wird und der Druck in dieser Saugleitung sich mit dem Gegendruck
der Pumpenantriebsmaschine bzw. mit der Temperatur im Zwischenbehälter ändert.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die den Abdampf der
Pumpenantriebsmaschine dem Zwischenbehälter zuführende Dampfleitung mit einer Zweigleitung
versehen, in welcher ein Rückschlagventil o. dgl. zur Begrenzung des höchsten Druckes
im Zwischenbehälter apgebracht ist. Für die Festlegung des zulässigen unteren Druckes
ist ein Regelventil in einer an den Zwischenbehälter angeschlossenen Leitung vorgesehen,
durch welche Kesselfrischdampf oder Abdampf von anderen Hilfsmaschinen dem Zwischenbehälter
zugeführt wird. Dieses Regelventil kann z. B. durch Einwirken des im Zwischenbehälter
herrschenden Druckes a.uf einen mit der Spindel des Ventils verbundenen Kolben geschlossen
und durch die Kraft einer Feder o. dgl. geöffnet werden.
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Die Zeichnung stellt eine beispielsweise Ausführungsform einer Speiseeinrichtung
gemäß der Erfindung in Seitenansicht, teilweise im Schnitt, dar.
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Die Strahlpumpe A ist eine Abdampf strahlpumpe, welcher das Speisewasser
durch eine Leitung B zugeführt wird, das durch die Strahlpumpe A über die Leitung
C in einen Zwischenbehälter, z. B. Speicher D, gefördert wird, aus welchem es dann
durch die Leitung E der Pumpe F zufließt, welche das Wasser durch die Druckleitung
G über das (nicht dargestellte) Kesselrückschlagventil in den Dampfkessel fördert.
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Die Strahlpumpe A enthält ein Hauptgehäuse i, welches eine Dampfkammer
2 bildet, aus welcher der Dampf der Hauptdampfdüse 3 der Strahlpumpe zugeführt wird,
welche innerhalb der Wassersaugdüse q. liegt, der das Speisewasser aus der Kammer
5 zugeführt wird, die durch einen Kanal 6 mit der Wasserzuleitung B verbunden ist.
Das Wasserventil 7 regelt den Einlaß des Wassers aus der Leitung B nach dem Injektor.
Dieses Ventil wird durch einen Kolben 8 geöffnet, auf welchen durch eine Leitung
9 eingelassener Dampf (im Ausführungsbeispiel Kesselfrischdampf) einwirkt.
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Das Gemisch aus Dampf und Wasser tritt aus der Wassersaugdüse q. in
ein Mischrohr von üblicher Form ein und geht dann durch die Druckdüse io nach der
Kammer-ii, welche mit der Druckleitung C in Verbindung steht. Die Kammer 12 des
Mischrohres der Strahlpumpe steht durch ein Ventil 13 mit dem üblichen Schlabberauslaß
1q. in Verbindung. Das Ventil 13 ist während des Betriebes der Strahlpumpe gewöhnlich
geschlossen, und zwar durch einen Kolben 15, welcher mit der Druckkammer i i in
Verbindung steht. Das Ventil 13 kann aber auch von Hand geschlossen werden, und
zwar durch eine Handsteuervorrichtung H, durch welche es auch geöffnet wird.
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Die Menge des durch die Strahlpumpe zu fördernden Speisewassers wird
durch Längsv erschieben der Hauptdampfdüse 3 geregelt, indem durch diese Längsverschiebung
der ringförmige Raum zwischen den beiden Düsen 3 und 4. vergrößert oder verkleinert
wird. Die Bewegung der Düse 3 erfolgt vorteilhaft durch ein drehendes exzentrisches
Glied 16 mit Hilfe einer mit Kugelgelenken versehenen Welle 17, welche durch
einen Handhebel 18 in entsprechendem Sinne gedreht wird.
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Der Abdampf zur Betätigung der Strahlpumpe beim Betrieb der Hauptmaschine
zwecks Vorwärmung des Kesselspeisewassers wird durch die Abdampfleitung i9 über
das Abdampfventil 2o der Kammer 2 der Strahlpumpe zugeführt. Da die Strahlpumpe
in Zeiten, wo kein Abdampf zur Verfügung steht, ebenfalls betriebsfähig sein muß,
so wird ihm in diesem Falle statt Abdampf Frischdampf mit verringertem Druck zugeführt,
der als Hilfsdampf bezeichnet wird und vorteilhaft aus dem Hochdruckdampfrohr 9
durch eine Abzweigung 9a entnommen wird, die mit der Kammer 2 durch einen Kanal
21 in Verbindung steht, der durch das selbsttätige Umschaltventil 22 beherrscht
wird.
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Um den ununterbrochenen Betrieb der Strahlpumpe zu sichern, sind Mittel
vorgesehen, um die Ventile 2o und 22 abwechselnd selbsttätig zu öffnen und zu schließen,
so daß die Kammer :2 entweder mit Abdampf aus dem Rohr i9 oder mit Hilfsfrischdampf
aus dem Rohr 9 gespeist «erden kann. Zu diesem Zweck ist das Ventil22 mit einem
kolbenartigen Kopf 22a in dem Zylinder 23 versehen. Das Ventil 22 besitzt eine solche
Form, daß, wenn in dem Zylinder 23 Druck vorhanden ist, dieses Ventil 22 durch den
Druck des Dampfes aus der Zweigleitung 9a geschlossen wird, während es, wenn der
Druck
aus dem Zylinder 23 herausgelassen wird, in die Offenstellung
durch den Druck des Dampfes aus der Leitung 9a angehoben wird. Der Dampf wird in
den Zylinder 23 eingelassen und strömt aus diesem durch einen Kanal 24 heraus, der
entweder mit einer Stelle niederen Druckes oder mit einer Stelle höheren Dampfdruckes
durch das Doppelsitzventil 25 in Verbindung gebracht wird, welches durch den Kolben
26 betätigt wird. Die Lage des Kolbens 26 ist andererseits davon abhängig, öb in
dem Zylinder 27 Druck vorhanden ist oder nicht. In diesem Zylinder 27 entsteht ein
Dampfdruck durch den Leckdampf, der zwischen dem Kolben 26 und seiner Führung hindurchgeht,
vorausgesetzt, daß das Rohr 28 geschlossen ist. Das Auslaßende dieses Rohres wird
durch ein Nadelventil 29 beherrscht, welches von einer Membran 30 gesteuert
wird, die mit dem Auspuff der Hauptmaschine durch ein Rohr 3 r in Verbindung steht.
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Der Kanal 2q. steht durch einen Kanal 32 mit dem Zylinder 33 in Verbindung,
in welchem ein Kolben 34. angebracht ist, der bei Einlassen von Dampf in den Zylinder
33 das Abdampfventil 2o entgegen der Wirkung einer Feder 35 öffnet, welche das Abdampfventil2o
in der geschlossenen Stellung zu halten sucht.
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Falls Abdampf für die Verwendung in der Strahlpurnpe zur Verfügung
steht, wird der Druck dieses Abdampfes durch das Rohr 3 r auf die Membran 3o übertragen,
wodurch das adele entil 29 geschlossen wird, so daß in dem Zylinder 27 sich ein
Dampfdruck bilden kann. Durch den Druck in.diesem Zylinder wird der Kolben 26 in
die dargestellte Lage gebracht, so daß das Ventil 2-5 die Verbindung zwischen
dem Kanal 24 und dem von dem Zweigkanal 9a kommenden Kanal 37 herstellt. Infolgedessen
kann der Dampf aus dem Kanal 37 durch den Kanal 24 nach dem Zylinder 23 strömen
und das selbsttätige Ventil 22 schließen. Gleichzeitig wird Dampf unter Druck durch
den Kanal 32 dem Kolben 34 zugeführt, so daß das Abdampfventil 2o geöffnet wird.
Wenn beim Schließen des Reglers der Abdampf ausbleibt, so wird die Membran
30 von dem Druck dieses Dampfes entlastet, so daß sich das Nadelventil 29
öffnen kann und der Zylinder 27 mit der Leitung 28 in Verbindung gebracht wird.
Der Kolben 26 wird also einseitig belastet und schiebt das Ventil 25 in seine
untere Lage, wodurch die Verbindung zwischen den Kanälen 2.4 und 37 unterbrochen
und die Verbindung zwischen dem Kanal ?-4 und dem Rohr 36 hergestellt wird. Infolgedessen
wird der Druck aus dem Zylinder 23 und ebenso aus dem Zylinder 33 des Abdampfventils
2o abgelassen, so daß (las selbsttätige Ventil 22 durch den Dampfdruck aus der Zweigleitung
911 angehoben, also geöffnet, und das Abdampfventil 2o durch seine Feder 35 geschlossen
wird. Der Druck des Hilfsfrischdampfes, welcher in die Kammer 2 geht, wird durch
die drosselnde Wirkung einer geeigneten Verengung 38 verringert.
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Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß der Strahlpumpe entweder Abdampf
oder Hilfsfrischdampf jederzeit zugeführt werden kann, vorausgesetzt, daß durch
das Rohr 9 Dampf zur Betätigung der Steuervorrichtung zugeführt wird. Das Einlassen
von Wasser in die Strahlpumpe wird ebenfalls durch dieses Rohr geregelt, während
die Regelung der Menge des der Strahlpumpe zugeführten Wassers durch den von Hand
zu betätigenden Hebel r8 bewirkt wird. Dem Rohr 9 wird Frischdampf aus dem Kessel
durch das Rohr 39 zugeführt, in welchem das Regelventil 40 angeordnet ist. Durch
ein an das Rohr 39 sich anschließendes Rohr .4i wird der Frischdampf dem Drosselventil
42 der Antriebsmaschine 6o für die Speisepumpe F zugeführt, die nach dem dargestellten
Ausführungsbeispiel als Zentrifugalpumpe ausgeführt ist, welche durch die Dampfturbine
6o angetrieben wird. Das kegelförmige Zudampfventil :I2 dieser Antriebsturbine ist
axial verschiebbar, um die Menge des aus dem Rohr 41 in den Einlaßkanal 4.3 der
Turbine eingelassenen Dampfes regeln zu können. Das Ventil .42 ist durch eine Hebel-und
Lenkeranordnung q_q. mit einem Schwimmer .1.5 verbunden, der in dem unteren Teil
der Hauptkammer 4.6 des Zwischenbehälters D schwingbar gelagert ist. Vom Boden der
Kammer 46 führt eine Leitung E nach der Saugseite der Kesselspeisepumpe F. Der Abdampf
der Pumpenantriebsturbine 6o wird durch ein Rohr 4#7 abgeführt, welches zwei Abzweigungen
47a und 47v besitzt. In der Abzweigung 47a befindet sich ein Rückschlagventil 48,
welches so eingestellt werden kann, daß es den gewünschten Gegendruck in der Abdampf
leitung 47 erzeugt, bei dessen Überschreiten das Ventil 4.8 sich öffnet, so daß
der Abdampf durch die Abzweigung 4.7a in die Außenluft entweichen kann. Die Abzweigung
.I7v ist an den oberen Teil des Zwischenbehälters D angeschlossen und führt den
Abdampf unter dem durch das Ventil 4.8 bestimmten höchsten Druck einem Verteilungsraum
,49 zu, aus welchem der Dampf in den Behälter D durch eine Anzahl von Öffnungen
50 gelangt.
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Die Druckleitung C der Strahlpumpe A wird vorteilhaft an ein siebförmiges
Rohr 51 angeschlossen, welches sich unterhalb des Verteilers 49 befindet und das
Wasser in feinen Strahlen austreten läßt, so daß es sich
mit dem
aus den Öffnungen 50 kommenden Dampf vermischt und diesen niederschlägt.
Der obere Teil des Zwischenbehälters D kann als besondere Mischkammer ausgeführt
sein, und zwar durch eine Platte 52, von welcher das aus dem Siebrohr
5 1 kommende Wasser und das Kondensat des aus dem Verteiler 49 kommenden
Dampfes in die Hauptkammer 46 des Behälters D fließt.
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Die Speiseeinrichtung wirkt in folgender Weise: Soll der Kessel gespeist
werden, so wird das Ventil 40 geöffnet, so daß Frischdampf aus dem Rohr 39 in die
Rohre 41 und 9 eintritt und das Wasserventil 7 der Strahlpumpe geöffnet wird. Desgleichen
wird entweder das Abdampfventil 2o oder das selbsttätige Ventil 22 geöffnet, so
daß die Strahlpumpe mit Wasser und Abdampf oder Hilfsfrischdampf versehen wird,
je nachdem, ob die Hauptmaschine in Betrieb ist oder nicht. Die Menge des durch
die Strahlpumpe geförderten Wassers wird durch den Hebel 18 von Hand eingestellt,
und das durch die Strahlpumpe geförderte Wasser geht durch das Siebrohr 51 in den
Zwischenbehälter D. Wenn beim Anstellen der Einrichtung kein Speisewasser sich in
dem Zwischenbehälter D befindet; wird das Zudampfventil 42 der Pumpenantriebsturbine
6o durch den nach unten sinkenden Schwimmer 45 geschlossen, so daß der Dampf in
dem Rohr 41, die Speisepumpe F nicht in Gang setzen kann. Bei weiterer Betätigung
der Strahlpumpe füllt sich die Zwischenkammer 46 rasch an, so daß der Schwimmer
45 ansteigt und das Zudampfventil 42 öffnet. Infolgedessen geht die Speisepumpe
F an, nachdem ein bestimmter Wasserspiegel in dem Zwischenbehälter D erreicht ist.
Die Geschwindigkeit der Speisepumpe F wird durch die Höhe des Wasserstandes in der
Kammer 46 bestimmt, bis das Ventil 42 im Verlaufe des weiteren Ansteigens des Wasserspiegels
in der Kammer 46 voll geöffnet ist. Ein Ansteigen des Wasserspiegels in der Kammer
46 über den Stand, der für die volle Öffnung des Zudampfventiles 42 erforderlich
ist, wird dadurch verhindert, daß die .größte Förderleistung der Speisepumpe F größer
gemacht wird als die größte Förderleistung der Strahlpumpe, so daß bei voll geöffnetem
Zudampfventi142 der Wasserspiegel in der Kammer 46 abfällt. Durch dieses Abfallen
des Wasserspiegels wird die Pumpe veranlaßt, langsamer zu laufen, bis sie selbsttätig
auf eine gleichbleibende Drehzahl bei einer Geschwindigkeit kommt, bei welcher sie
dem Kessel dieselbe Wassermenge zudrückt, welche dem Zwischenbehälter D durch die
5trahlpumpe zugeführt wird, vermehrt um das in dem Behälter D gebildete Kondensat.
Sobald die Pumpenantriebsturbine 6o zu laufen beginnt, wird der Abdampf derselben
unter Druck durch die Zweigleitung 47b der Mischkammer oberhalb der Querwand 52
zugeführt. Dieser Dampf dient zur Steigerung der Temperatur des Wassers, welches
durch die Strahlpumpe zugeführt wird, auf einen Wert oberhalb desjenigen, der mit
Abdampf aus der Hauptmaschine zu erreichen möglich ist. Dieses Ergebnis wird ermöglicht
infolge des Umstandes, daß die Pumpenantriebsturbine 6o gegen einen verhältnismäßig
hohen Gegendruck arbeitet, der durch das Rückschlagventil 48 erhalten wird.
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Das Gegendruckventil 48 ermöglicht es ferner, daß der Abdampf der
Turbine 6o den Zwischenbehälter D unter Druck hält, was notwendig ist, um die Pumpe
mit Wasser unter Druck zu versorgen. Wenn die Saugseite der Pumpe mit heißem Wasser
aus der Strahlpumpe bei oder angenähert bei atmosphärischem Druck versehen würde,
so würde die Pumpe die angesaugte Wassersäule abreißen, da sich eine bestimmte Menge
des angesaugten Wassers plötzlich in Dampf verwandeln würde.
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Es ist klar, daß die Strahlpumpe, die Speisepumpe und der Zwischenbehälter
so bemessen werden können, daß unter normalen Betriebsbedingungen der gesamte Abdampf
aus der Pumpenantriebsturbine 6o in dem Zwischenbehälter D niedergeschlagen wird
und seine Wärme zurückgewonnen werden kann, da sie dem Kessel in dem Speisewasser
wieder zugeführt wird.
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Unter gewissen Betriebsbedingungen und bei bestimmten Verhältnissen
der Speisepumpe und der Strahlpumpe kann es vorkommen, daß der Abdampf aus der Pumpenantriebsturbine
6o nicht ausreicht, um den Druck in dem Behälter D auf der gewünschten Höhe zu erhalten.
Um nun einen bestimmten unteren Druck in dem Behälter D zu sichern, kann Abdampf
von einer anderen Hilfsmaschine oder auch Frischdampf dem Behälter D durch die Leitung
53 zugeführt werden. Dieser Dampf soll als Hilfsheizdampf bezeichnet werden. Wird
in diesem Fall Frischdampf verwendet, so kann die Leitung 53 an die Turbinenfrischdampfleitung
41 angeschlossen werden. Der Durchfluß des Dampfes durch die Leitung 53 wird durch
ein Ventil 54 geregelt, welches durch den Druck in dem Behälter D geschlossen gehalten
wird, der durch das Rohr 55 und den daran sich anschließenden Zylinderraum 56 auf
den Kolben 57 des Ventils 54 einwirkt, das durch eine Feder 58 geöffnet wird.
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Bei dieser Anordnung wird das Ventil 54 selbstverständlich so eingestellt,
daß es bei einem Druck in dem Behälter D geschlossen
wird, der geringer
ist als derjenige, der zum Öffnen des Rückschlagventils 48 erforderlich ist. Infolgedessen
wird der Druck in dem Behälter D auf einer bestimmten Höhe gehalten, dessen unterer
Wert durch das Ventil 54 und dessen oberer Wert durch das Ventil 48 bestimmt wird.
Durch entsprechende Einstellung dieser beiden Ventile läßt sich der Druckbereich
nach Belieben ändern.