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Zweidruckkesselanlage für Hochdrucklokomotiven Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf eine Zweidruckkesselanlage für Hochdrucklokomotiven, bei welcher
in bekannter Weise im Rauchgasweg hinter dem Hochdruckkessel ein Rauchröhrenniederdruckkessel
eingeschaltet ist. Der Niederdruckkessel dient in der Hauptsache als Speisewasservorwärmer
für den Hochdruckkessel; außerdem wird noch etwas Dampf für die Hilfsmaschinen aus
ihm entnommen. Die bisher ausgeführten Hochdrucklokomotiven der Zweidruckbauart
haben den an sie gestellten Anforderungen in betrieblicher Hinsicht im allgemeinen
entsprochen, nur wurden Bedenken dahin geltend gemacht, daß die Bedienung und Überwachung
einer solchen Lokomotive größere Anforderungen an das Bedienungspersonal stelle
als eine übliche Lokomotive für niederen Druck. Der Druck im Niederdruckkessel ist
bei den bisherigen Ausführungen von der Feuerführung und der Kesselbelastung abhängig.
Da die Hilfsmaschinen, wie Speisepumpen, Luftkompressor für die Bremsen usw., zweckmäßigerweise
mit Niederdruckdampf betrieben wurden, so stellte sich der Übelstand ein, daß durch
die Druckänderung des Betriebsdampfes ein öfteres Nachregulieren der Frischdampfzufuhr
für die Hilfsmaschinen notwendig wurde.
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Die Betriebsweise wird nun erfindungsgemäß dadurch verbessert, daß
bei fallendem Druck im Niederdruckkessel durch ein Druckreduzierventil automatisch
Dampf vom Hochdruckkessel nach dem Niederdruckkessel übergeführt wird, so daß immer
der gewünschte Kesseldruck aufrechterhalten wird. Auf diese Weise wird die Bedienung
der Hilfsmaschinen, erleichtert.
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Es ist bereits ein Zweidruckkessel für eine Hochdrucklokomotive bekanntgeworden.
Im Niederdruckkessel wird jedoch eine starke Druckschwankung zwischen 15 und zo
at zugelassen. Erst wenn der
Druck für den Betrieb der Hilfsmaschinen
auf den unteren Grenzwert gesunken ist, wird durch ein selbsttätiges Druckreduzierventil
gedrosselter Hochdruckdampf nach dem im Führerhaus befindlichen Dampfverteiler übergeleitet.
Auf den Druck im Niederdruckkessel selbst hat das Druckreduzierventil keinen Einfluß,
und daher werden die mit der vorliegenden Erfindung angestrebten Vorteile nicht
erreicht.
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Vorteilhaft wird noch in der Überströmleitung hinter dem Druckreduzierventil
ein Dampfbehälter eingeschaltet, aus welchem der gedrosselte Hochdruckdampf zum
Betrieb der Hilfsmaschinen entnommen wird. Der Dampf kann aber auch in den Niederdruckkessel,
und zwar in den Dampfraum wie auch in den Wasserraum eingeblasen werden; in letzterem
Falle wird das Einblasrohr mit Verteilungsdüsen versehen, um stärkere Wasserschläge
zu verhüten. Durch die Einschaltung eines Dampfbehälters wird der Vorteil erreicht,
daß die durch die Drosselung entstandene Überhitzung des übergeschleusten Dampfes
erhalten bleibt, so daß, selbst wenn der Hilfsmaschinendampf nicht aus einem Überhitzer
entnommen wird, diese Hilfsmaschinen mit überhitztem Dampf betrieben werden. Gerade
bei diesen unwirtschaftlichen Maschinen mit ihren großen Füllungen bringt schon
eine verhältnismäßig niedrige Überhitzung eine sehr erhebliche Herabsetzung des
Dampfverbrauchs.
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Diese automatische Aufrechterhaltung des Niederdruckkesseldruckes
gibt aber noch einen neuen besonderen Vorteil. Da der Niederdruckkessel zur thermischen
Speisewasseraufbereitung dienen sollte, so erfüllte er wohl bisher im regelmäßigen
Betrieb einigermaßen seine Aufgabe; aber sobald der Kesseldruck durch irgendeinen
Betriebsanlaß plötzlich abfiel, wurden die als Kesselschlamm ausgeschiedenen Kesselsteinbildner
durch das Aufkochen des Kesselwassers wieder hochgewirbelt, und auf diese Weise
gelangte dann doch verunreinigtes Speisewasser über die Speiseeinrichtungen in den
Hochdruckkessel. Die Aufgabe des Niederdruckkessels wurde also in dieser Hinsicht
nicht voll erfüllt. Man hat zwar schon vorgeschlagen, durch einen abgeteilten ringförmigen
Raum im Niederdruckkessel den Kesselwasserschlamm aus dem Hochdruckspeisewasser
auszuscheiden, aber das ist mit der bekannten Anordnung aus vorgenannten Gründen
nicht zu erwarten. Deshalb bezieht sich ein weiterer Teil der Erfindung auf die
Art der Speisewasserreinigung für den Hochdruckteil. Für den Hochdruckkessel ist
dies ein sehr wichtiger Umstand, weil die Lokomotiven ja ohne Änderung der ganzen
Betriebsverhältnisse im Eisenbahnbetrieb möglichst mit Rohwasser gespeist werden
sollten.
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Die Beseitigung dieses Mangels geschieht dadurch, daß im Niederdruckkessel
seitlich neben den Rauchrohren entweder an jeder Seite oder nur an einer Seite ein
Schlammabscheideraum (Wasserklärraum) angeordnet ist, der sich über einen großen
Teil der Kessellänge erstreckt, so daß die Wassergeschwindigkeit geringer ist als
die Sinkgeschwindigkeit der Verunreinigungen. Die Wirkung dieser Absetzräume läßt
sich noch dadurch verbessern, daß in ihrem oberen Teil zum Ausscheiden der Kesselsteinbildner
Filtermasse in an sich bekannter Weise eingefüllt wird, die z. B. aus Koks oder
Steinsplitt bestehen kann. Diese Füllung ruht auf einem Sieb, so daß sie nicht mit
dem Speisewasser nach dem Hochdruckkessel mitgenommen werden kann. Zweckmäßigerweise
werden nun die Außenwände dieser Räume nicht isoliert, sondern dem Fahrwind ausgesetzt,
so daß das zur Hochdruckspeisepumpe fließende Speisewasser um einige Grade unterkühlt
wird. Bei den in Frage kommenden Drükken von etwa 15 bis 2o at für den Niederdruckkessel
machen 2° Unterkühlung schon einen Druckunterschied im Dampfdruck von etwa 1= at
aus. Im Wasserraum der Speisepumpe wird auf diese Weise eine Dampfbildung vgrhindert
und dadurch ihre Förderung sichergestellt.
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Im Hochdruckdampfbetrieb ist es außerdem außerordentlich wichtig,
die sauerstoffhaltige Luft aus dem Speisewasser zu entfernen, um die sonst im Hochdruckkessel
auftretenden starken Korrosionen zu verhüten, was durch Vorwärmung des Speisewassers
und die Entnahme von Dampf aus dem Niederdruckkessel erreicht wird. Durch alle diese
Maßnahmen wird für den Hochdruckkessel ein einwandfreies Speisewasser gewonnen,
das auch noch durch chemische Zusätze in bekannter Weise verbessert werden kann.
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In manchen Fällen ist es vorteilhaft, z. B. beim Anfahren oder auf
starken Steigungen, den im Niederdruckkessel gespeicherten Wärmevorrat durch Absenkung
des Druckes zu einer zusätzlichen Dampfbildung heranzuziehen. In diesem Falle wird
das Druckreduzierventil durch Handbetätigung eines Absperrventils o. dgl. Maßnahmen
seitens des Lokomotivführers vom Führerstand aus außer Tätigkeit gesetzt, so daß
dann für kurze Zeit der im Niederdruckkessel frei werdende Dampf mit für die verlangte
Leistungssteigerung herangezogen werden kann. Wenn das automatische Überschleusen
des Hochdruckdampfes in diesem Falle weiter vor sich ginge, so würde der Druck im
Hochdruckkessel sinken, was in solchen Ausnahmefällen verhindert werden muß.
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In der schematischen Zeichnung sind die beschriebenen Einrichtungen
dargestellt.
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A ist der Hochdruckkessel, im vorliegenden Beispielals Wasserrohrkessel
mit Trommel A1 für 8o bis ioo at gedacht. Es könnte aber auch jede andere Hochdruckkesselbauart
gewählt werden, ohne daß der Erfindungsgegenstand geändert wird. B ist der Rauchröhrenniederdruckkessel;
C stellt schematisch den Vorratsbehälter für das Speisewasser auf dem Tender dar;
D sind die Hochdruckspeisepumpen ; E ist eine der Niederdruckspeiseeinrichtungen,
in diesem Falle ebenfalls eine Dampfpumpe, die zweite könnte auch ein Injektor sein.
Die Kesselanlage wird durch den unterhalb der Feuerbuchse des Hochdruckkessels angebrachten,
nicht dargestellten Rost oder durch eine Kohlenstaub- oder eine Ölfeuerung beheizt.
Die Abgase des Hochdruckkessels gehen noch mit verhältnismäßig hoher Temperatur
in die Rauchrohre des Niederdruckkessels, die ihrerseits die nicht dargestellten
Rauchrohrüberhitzer (Hochdruckdampf- und Zwischendampfüberhitzer) enthalten. F ist
ein Abdampfspeisewasservorwärmer.
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Die Arbeitsweise der Anlage ist nun folgende: Die Niederdruckspeisepumpe
E saugt durch Leitung i
das Speisewasser aus dem Tenderbehälter
C an und drückt es durch die Leitung 2 über das Speiseventil 3, Vorwärmer F und
Leitung 3' in den Speisedom 4 des Niederdruckkessels. Im Wasserraum des Niederdruckkessels
B sind Schlammabsetzräume 5 seitlich neben den Rauchrohren angebracht, die in ihren
oberen Teilen Siebe 6 enthalten, auf welchen der Filterstoff, z. B. Koks oder Steinsplitt,
gelagert ist. Die Innenwände 7 dieser Absetzräume sind bis etwas unter den niedrigsten
Wasserstand im Niederdruckkessel hochgeführt. Das im Niederdruckkessel B erhitzte
Wasser tritt nun aus dem beheizten Wasserraum von oben in die beiden Absetzräume
5 mit den Filtern, und von dort aus saugt nun eine der HochdruckspeisepumpenD durch
Leitungen 8 u-id h' das Speisewasser für den Hochdruckkessel gereinigt an urd drückt
es durch eine der Leitungen 9 oder 9' über Speiseventil io und io' in die Hochdruckkesseltrommel
A, wo es verdampft und durch Leitung ii sowie Absperrorgan 12 über den Hochdrucküberhitzer
zu der nicht dargestellten Hochdruckstufe der Lokomotivmaschine geleitet wird. Der
Betriebsdampf für die Hilfsmaschinen wird nun vom Dampfdom 13 des Niederdruckkessels
über Absperrventil 14 und Leitungen 15 und 15' zu den Speisepumpen D und E und etwaigen
anderen Hilfseinrichtungen und eventuell auch zur Zugheizung durch Leitung 16 mit
Absperrventil 17 geschickt. Um im Notfall auch mit gedrosseltem Hochdruckdampf die
Hilfsmaschinen betreiben zu können, ist noch eine Hilfsleitung 18 mit Ventil i9
zwischen Dampfentnahmeleitungen ii und 15' eingeschaltet.
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Zur Überführung von Hochdruckdampf nach dem Niederdruckkessel dient
Leitung 20 mit Absperrventil 21 und automatischem Druckreduzierventil 22. Dieser
gedrosselte Dampf geht zuerst in den Behälter 23; von dort wird er über Ventil 24
durch Leitung 25 entweder in das Wasser des Niederdruckkessels durch ein Düsenrohr
26 eingeblasen oder durch Leitung 27 und Ventil 25 in die Leitungen 15 und 15' eingelassen,
um als Betriebsdampf für die Hilfsmaschinen zu dienen. Der Behälter 23 kann auch
die Heißdampfsammelkammer des Niederdrucküberhitzers sein. Die Hilfsmaschinen können
also entweder unmittelbar Dampf aus dem Niederdruckkessel erhalten oder, falls der
erzeugte Niederdruckdampf nicht ausreicht, erhalten sie zu ihrem Betrieb gedrosselten
Hochdruckdampf, der durch die Drosselung noch etwas überhitzt ist. Die Dampf überhitzer
wie auch die Dampfzylinder sind, wie schon angedeutet, nicht dargestellt.
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Für die Speisung wird ein nicht dargestellter Speisewasserregler verwendet,
der auf ein Speiseventil 3 oder auf die Förderung der Hochdruckpumpe E in bekannter
Weise einwirkt und von einem festen Ausdehnungskörper betätigt wird. Ein Schwimmerregler
ist bei den Bewegungen des `'Wasserinhaltes schlecht geeignet. Der Kesselschlamm
aus dem beheizten Niederdruckkesselraum kann durch Abschlammventil 29 und aus den
Schlammabscheideräumen 5 durch Abschlammventile 30 von Zeit zu Zeit abgelassen
werden. Die Absetzbehälter sind durch Luken 31 zu reinigen. Durch die oberen Luken
kann auch das Filtermaterial in gewissen Zeiträumen ausgewechselt werden. In der
schematischen Zeichnung sind zu ihrer Vereinfachung nicht alle für den Betrieb erforderlichen
Armaturen dargestellt.
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Durch die beschriebene Erfindung ist die Bedienung der Hochdruckzweidruckkesselanlage
so vereinfacht wie die eines gewöhnlichen Lokomotivkessels. Der Heizer hat nur auf
den Wasserstand des Hochdruckkessels zu achten. Der Druck im Niederdruckkessel und
die Niederdruckspeisung regulieren sich selbsttätig; außerdem sind die bestehenden
Schwierigkeiten in der Speisewasserfrage behoben, und die Verwendung von ungereinigten
Rohwässern ist zulässig.