DE847754C - Fuer mit Kondensationsanlagen versehene Dampffahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge hoher Geschwindigkeit, bestimmte Einrichtung zur Vermeidung von aus der Beschleunigung der Kuehlluft auf die Fahr-geschwindigkeit sich ergebenden Energieverlusten - Google Patents

Description

• Für mit Kondensationsanlagen versehene Dampffahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge hoher Geschwindigkeit, bestimmte Einrichtung zur Vermeidung von aus der Beschleunigung der Kühlluft auf die Fahrgeschwindigkeit sich ergebenden Energieverlusten Für dampfgetriebene Fahrzeuge mit hoher Fahrgeschwindigkeit, insbesondere Schienenfahrzeuge, besteht naturgemäß Interesse an einem möglichst großen Aktionsradius, damit die durch hohe Fahrgeschwindigkeit erzielte Zeitersparnis nicht durch häufige Unterwegsbevorratung der Fahrzeuge teilweise wieder verlorengeht. Bei großen Entfernungen ist es jedoch für die Datnpflokomotive nicht möglich, ausreichend Brennstoff und Wasser mitzunehmen. Der Engpaß liegt liier bei dem mitgeführten Wasservorrat, da dieser etwa siebenmal so groß sein müßte wie der mitgeführte Kohlevorrat.
• Aus diesem Grunde kommt der Rückgewinnung von Abdampf durch Kondensation wesentliche Bede«tung z«; allerdings sind für eine Rückkühlung größerer Dampfmengen beträchliche Kühlluftmengen nötig. Diese Kühlluftförderung ist für Lokomotiven mittlerer Geschwindigkeit bereits betriebsreif gelöst worden. Dagegen sind noch keine Erfahrungen für Lokomotiven vorhanden, bei denen die Abdampfkondensation durch Luftkühlung für sehr hohe Fahrgeschwindigkeiten angewendet wurde. Projekte, die bisher bekannt wurden, zeigen, daß die Fachwelt hierbei ein Problem übersehen hat, das für eine wirtschaftliche Ausbildung der Abdampfkondensation für hohe Fahrgeschwindigkeiten beachtet und gelöst werden muß.
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Relativgeschwindigkeit, mit der die Kühlluft in das Fahrzeug eintritt, beim Durchgang durch den Kondensator möglichst erhalten bleiben muß, um Energieverluste aus der Beschleunigung der Kühlluft auf die Fahrgeschwindigkeit zu vermeiden.
• Eine Erläuterung dazu gibt der folgende Vergleich: Tritt die Kühlluft nach Abb. i und 2 entsprechend den bisher angewandten und projektierten Anordnungen in das Fahrzeug ein, so entsteht ein Rückdruck ms . v, der auf das Fahrzeug bremsend wirkt. Hierin bedeutet m$ die sekundlich benötigte Kühlluftmenge, v die Fahrzeuggeschwindigkeit in m/sec. Der entsprechende Aufwand an Vortriebsleistung ist , PS. Diese verteilt sich auf die Energie der nunmehr mit der Fahrzeuggeschwindigkeit bewegten Luft und den Stoßverlust, der dadurch entsteht, daß die mit v auf den Wärmeaustauscher zuströmende Luft wegen des hohen Widerstandes des Wärmeaustauschers praktisch gegenüber dem Fahrzeug stoßweise zum Stillstand kommt. Dieser Energieverlust durch unelastischen Stoß beträgt ebenfalls der Gesamtleistungsverlust also Nach Abb. 3 besitzt die ruhende Umgebungsluft gegenüber dem mit Fahrzeuggeschwindigkeit bewegten Kühlluftkanal die Relativgeschwindigkeit v. Sie behält diese Relativgeschwindigkeit dank der strömungstechnisch günstigen Form der Wärmeaustauschfläche annähernd bei. Der Leistungsaufwand für das Hindurchströmen besteht nur noch in Reibung und Wirbelung der Luftbewegung im Fahrzeuginnern und durch eine Veränderung des c-Wertes (Widerstandsziffer) des durch die Lufteintrittsöffnung gegenüber einer glatten windschlüpfigen Form veränderten Fahrzeugkörpers.
• Dagegen behält die Luft die hohe Relativgeschwindigkeit v gegenüber dem Fahrzeug auf ihrem ganzen Wege durch dieses ganz oder annähernd bei; es entfällt also ganz oder annähernd der Leistungsaufwand für die Beschleunigung der Luft auf Fahrzeuggeschwindigkeit.
• Das gilt auch für das Strömungsbild 4. Durch die praktisch stoßfrei zu denkende Umlenkung entsteht zwar ein Umlenkungsdruck ms . v, der eine Vortriebsleistung des Fahrzeuges von aufzehren würde. Durch die zweite, ebenfalls möglichst stoßfrei zu haltende Umlenkung, die die Luftströmung wieder entgegengesetzt der Fahrzeugbewegung richtet, entsteht aber ein gleich großer Vortrieb, der die Bremswirkung der ersten Umlenkung wieder beseitigt. Ein derartiger Fall liegt auch vor, wenn die an der Stirnfläche eingefangene Luft beispielsweise im Dach des Fahrzeuges genau oder annähernd entgegengesetzt der Fahrbewegung austritt.
• Die Relativgeschwindigkeit v kann man natürlich nur dann ganz oder annähernd aufrechterhalten, wenn die Luft geringe Strömungswiderstände antrifft. Diese können erfindungsgemäß z. B. dadurch verwirklicht werden, daß man die zur Umlenkung des Luftstromes erforderlichen Lenkflächen als Wärmeaustauschflächen ausbildet. Wie in Abb. 4 dargestellt, sind die Umlenkkörper also hohl ausgebildet, und werden von dem niederzuschlagenden Dampf durchflossen. Hierdurch erübrigt sich unter Umständen die Anordnung besonderer Kühlelemente, oder ihre Anzahl kann zum mindesten stark verringert werden.
• Übrigens kann man die durch Reibung usw. nicht ganz vermeidbare Einbuße an Relativgeschwindigkeit durch Einschaltung eines Propellers in die Luftströmung beheben, der seinen Antrieb beispielsweise durch Abfallenergie der Hauptantriebsmaschine des Fahrzeuges erhält.
• Ein Beispiel möge die Größenordnung erläutern. Für eine Dampflokomotive von io ooo PS, welche 4o bis 50 t/Std. Dampf kondensieren müßte, beträgt bei Zoo km/Std. Fahrgeschwindigkeit = 2500 PS, d. h. also einen wesentlichen Teil der Vortriebsleistung der Lokomotive überhaupt.
• Erfindungsgemäß werden diese Verluste größtenteils dadurch vermieden, daß die Kühlluftführung durch das Fahrzeug und den Kondensator so eingerichtet wird, daß die durchströmende Luft ihre Relativgeschwindigkeit zum Fahrzeug möglichst behält. Das kann, wie gesagt, durch gering zu haltende Strömungswiderstände der Luftführung bzw. des Wärmeaustauschers verwirklicht werden, wozu die von der Kühlluft bestrichenen Wärmeaustauschflächen, zu denen auch der Fahrzeugkörper selbst gehören kann, als Körper geringen Strömungswiderstandes auszubilden sind.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Für mit Kondensationsanlagen versehene Dampffahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge hoher Geschwindigkeit, bestimmte Einrichtung zur Vermeidung von aus der Beschleunigung der Kühlluft auf die Fahrgeschwindigkeit sich ergebenden Energieverlusten, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativgeschwindigkeit, mit der die Kühlluft in das Fahrzeug eintritt, durch eine strömungstechnisch günstige Form und Lage sowohl des Kühlluftkanals als auch der Kühlelemente beim Durchgang durch den Kondensator weitestmöglich erhalten bleibt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der durch Reibung und Wirbelung eintretende Abfall der Relativgeschwindigkeit der Kühlluft durch Einschalten eines zweckmäßig von der Abfallenergie der Hauptmaschine des Fahrzeuges angetriebenen Propellers ausgeglichen wird. Angezogene Druckschriften Deutsche Patentschriften Nr. 647 723, 299 799, 299 800, 571 424, 439 770; französische Zusatzpatentschrift Nr. 49 482; Zeitschrift Motorkritik, 1938, S. 529/3o.