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Elektrische Dampferzeugungsanlage.
Bei bekannten elektrischen Kesselanlagen wird die Menge des erzeugten Dampfes durch Änderung des Kesselwasserstandes geregelt. Bei der Anordnung nach der Schweizer Patentschrift Nr. 78992 tritt insbesondere, wenn der Kesselwasserstand gesenkt wird, das überschüssige Wasser in einen Speicherzylinder über, der durch einen belasteten Kolben unter Druck gehalten wird.
Gemäss der Erfindung wird nun bei einer solchen Anordnung in der Verbindungsleitung zwischen Kessel und Speicherzylinder eine Absperrvorrichtung angeordnet, durch die bei höchstem Kesselwasserstand dem Wasser der Übertritt vom Speicherzylinder zum Kessel versperrt wird. Das hat den Vorteil, dass eine Überspeisung des Kessels ausgeschlossen ist, auch wenn noch Wasservorrat im Speicherzylinder ist.
Während bei der vorbekannten Einrichtung die Speisung gesperrt werden muss, so lange noch Wasser im Speicherzylinder ist, kann beim Gegenstand der Erfindung sogar die Speisepumpe in den Speicherzylinder arbeiten, so dass dieser stets bis zu einer gewissen Höhe mit Wasser gefüllt bleibt. Er ist dann nicht nur jederzeit bereit, Wasserüberschuss aus dem Kessel aufzunehmen, sondern auch bei Wassermangel augenblicklich einzuspringen. Das gestattet eine Verringerung der Leistung der Speisepumpe und gewährleistet vor allem einen gleichmässigen ungestörten Betrieb auch bei wechselndem Dampfverbrauch.
Die Grösse des Zylinders kann man der Art des Kesselbetriebes in den weitesten Grenzen anpassen.
Im allgemeinen wird es nicht erforderlich sein, den Zylinder so gross zu machen, dass er die gesamte die Elektroden umgebende Wassermenge aufnehmen kann. Man wird sich vielmehr damit begnügen, dass er die infolge normaler Betriebsschwankungen aus dem Kessel austretende Wassermenge aufnimmt.
Dann wird allerdings, wenn die Dampfentnahme ausnahmsweise stark sinkt, durch den zuviel entwickelten Dampf mehr Wasser aus dem Kessel verdrängt, als der Zylinder aufzunehmen vermag. Für diesen Fall werden besondere Vorkehrungen getroffen.
In manchen Betrieben bleibt während langer Zeiten die Dampfentnahme unveränderlich. Auch in solchen Fällen ist der kolbenbelastete Zylinder gemäss der Erfindung noch von Wert, wenn von der Stellung des Kolbens die Förderung der Speisewasserpumpe abhängig gemacht wird.
In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In der Fig. 1 ist 1 ein Dampfkessel, der mit einer wärmeisolierenden Schicht 2 umgeben ist. 3 sind die Heizelektroden und 4 der Dampfentnahmestutzen. Durch ein Ablassventil 5 kann der Kessel von sich absetzendem Schlamm gereinigt werden. 6 ist der Zylinder, dessen Inhalt durch den Kolben 7 unter Druck gehalten wird. Der Kolben 7 ist durch ein Gewicht 8 belastet, dessen Grösse dem Kesseldruck entsprechend gewählt ist.
Das Rohr 9 stellt die Verbindung zwischen dem Zylinder 6 und dem Wasserraum des Kessels dar. Durch einen Hahn 10 kann dieses Verbindungsrohr 9 von Hand abgesperrt werden. Im Betrieb ist dieser Hahn 10 ständig geöffnet. Vermittels der Absperrvorrichtung 11 wird die Verbindungsleitung 9 während des Betriebes geöffnet oder geschlossen. Eine Feder 12 hält das Absperrorgan 11 offen, während ein Elektromagnet 13, dessen Betriebsstrom einem Transformator entnommen wird und über eine Elektrode M geführt ist, das Absperrorgan schliesst, wenn der Wasserstand im Kessel so hoch steigt, dass er die Elektrode 14 berührt. Diese wird im Kessel in der Höhe des höchst zulässigen Wasserstandes angebracht.
16 ist ein Rückschlagventil, das bei geschlossenem Absperrventil 11 dem Kesselwasser den Übertritt durch das Rohr 17 in den Zylinder 6 ermöglicht. Weiterhin ist an dem Verbindungsrohr 9 noch ein Rück- schlagventil-M angeordnet. Die Druckleitung 24 der Speisepumpe mündet in den Zylinder 6. Die Speise-
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pumpe wird von einem Motor 23 angetrieben, der über einen Kippschalter : M an das Netz angeschlossen ist. Durch eine Nase 26, die an dem Kolben 7 befestigt ist, kann dieser Kippschalter geöffnet werden.
Vermittels der gleichen Nase kann durch eine Zugstange 27 das Rückschlagventil 18 zwangläufig ge- öffnet werden. 28 ist ein Vakuumventil, das der atmosphärischen Luft den Eintritt in den Dampfraum des Kessels gestattet, sobald nach Ausserbetriebsetzung der Druck in diesem unter den der Atmosphäre gesunken ist.
Die Arbeitsweise der Kesselanlage ist die folgende : Vor Inbetriebsetzung wird zunächst durch das Ventil 5 der Kessel entleert, sodann werden die Elektroden 3 an das Netz geschaltet und dann erst die Speisepumpe 22 in Tätigkeit gesetzt. Durch das geöffnete Ventil 11 drückt nun die Speisepumpe 22 Wasser in den Kessel, bis der Wasserpiege ! die Elektrode berührt. Dadurch wird ein über die Elek-
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schlossen und der Magnet 13 erregt, der nun seinerseits das Absperrventil 11 schliesst und so dem Speisewasser den weiteren Eintritt in den Kessel verwehrt. Das jetzt noch geförderte Speisewasser tritt in den Zylinder 6 über und hebt den Kolben 7, bis durch den Anschlag 26 der Kippsehalter 25 geöffnet und dadurch die Speisepumpe stillgesetzt wird.
Der hiebei vom Kolben zurückgelegte Weg kann beliebig klein sein. Hat nun der Dampfdruck in dem Kessel 1 die vorgeschriebene Spannung erreicht und übersteigt die Dampferzeugung in diesem Augenblick die Dampfentnahme, so dass der Dampfdruck noch weiter ansteigt, dann wird durch das Ventil 16 soviel Wasser in den Zylinder 6 hinübergedrückt, bis die Dampferzeugung genügend herabgesetzt ist. Nun war aber der Wasserraum 6, wie vorher beschrieben, schon soweit mit Wasser gefüllt, dass die Nase 26 den Kippschalter 25 abgeschaltet hatte. Das darüber noch zur Verfügung stehende Hubvolumen ist, wie oben dargelegt, nur so gross, dass es das bei normalen Betriebsschwankungen aus dem Kessel verdrängte Wasser aufnehmen kann.
Wenn der Kolben seine höchste Stellung erreicht hat, wird deshalb durch die Zugstange 27 das Ventil 18 geöffnet und so dem bei ungewöhnlich starker Verminderung der Dampfentnahme etwa noch aus dem Kessel verdrängten Wasser der Übertritt in die Saugleitung 21 der Speisung freigegeben. Wird dem Kessel mehr Dampf entnommen, als erzeugt wird, dann sinkt der Druck im Kessel, bis die Belastung des Kolbens 7 das Übergewicht erlangt. Der Kolben drückt dann soviel Wasser in den Kessel hinüber, bis der Dampfdruck in diesem gleich dem von dem Kolben ausgeübten Druck ist. Die Speisepumpe tritt erst wieder in Tätigkeit, wenn der Kolben den Kippschalter 25 wieder eingelegt hat.
Wird der Kessel stillgesetzt, und sinkt der Dampfdruck bei der Abkühlung unter den Atmosphärendruck, so ist die Gefahr vorhanden, da ja das Absperrorgan 11 geöffnet ist, dass sich der Kessel durch die Pumpe 22 hindurch voll Wasser saugt. Dem beugt das Ventil 28 vor, das dann der atmosphärischen Luft den Eintritt in den Dampfraum des Kessels gestattet.
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 2 dargestellt. 1 ist wieder der Dampfkessel, 2 die ihn umgebende isolierende Hülle, 3 die Heizelektroden, 4 der Dampfentnahmestutzen und 5 das Ent- schlammungsventil, 6 ist der Wasserraum, dessen Inhalt vermittels des Kolbens 7 unter dem Druck einer Feder 29 steht. Diese ist so bemessen, dass die Druckerhöhung bei ihrer betriebsmässigen Verkürzung möglichst klein bleibt.. 30 ist die Verbindungsleitung zwischen dem Kessel und dem Zylinder und 31 ein in dieser liegendes Absperrventil, das mit seinem Stössel 32 auf einem Hebel 3J ruht, der durch eine Feder-M das Ventil 31 geöffnet hält.
Durch einen Elektromagneten. 35, dessen Strom über eine in der Höhe des
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entgegen dem Zug der Feder 34 gesenkt werden, so dass sich das Ventil auf seinen Sitz aufsetzt und nunmehr dem Wasser nur noch in der Richtung vom Kessel 1 zum Wasserraum 6 den Durchtritt gestattet. 36 ist die Speisepumpe, deren Hubhöhe durch eine Ku1issellteuerung in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens 7 geregelt wird. Zu diesem Zweck ist die Pleuelstange der Kolbenpumpe an dem Stein 37 einer Kulisse 38 befestigt, die durch ein Kurbelgetriebe von dem Motor. 9 in schwingende Bewegung versetzt wird.
Durch einen Winkelhebel 40, dessen einer Arm mit dem Kolben 7 verbunden ist, kann der Stein. 37 dem festen Drehpunkt der Kulisse 38 genähert und von ihm entfernt und dadurch der Hub der
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selbsttätig eine solche Stellung ein, dass die ihr entsprechende Fördermenge der Speisepumpe 36 gerade dem Wasserverbrauch des Kessel entspricht. Wäre nämlich der Wasserverbrauch des Kessels grösser als die Fördermenge der Speisepumpe, dann würde der Wasserspiegel im Kessel sinken. Das hätte aber eine geringe Dampfentwicklung und weiterhin ein Sinken des Kesseldruckes zur Folge, so dass der Kolben 7 einen Teil des unter ihm stehenden Wassers in den Kessel hinüberdrücken würde. Dabei würde er sich senken und dadurch die Förderleistung der Speisepumpe entsprechend erhöhen.
Wäre umgekehrt die Fördermenge der Speisepumpe grösser als der Wasserverbrauch des Kessels, dann würde die überschüssige Wassermenge in den Zylinder 6 gedrückt werden. Der Kolben 7 würde also gehoben und die Förderleistung der Pumpe vermindert werden. Bei starkem Dampfverbrauch, dem auch ein hoher Wasserstand im
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Kessel entspricht, wird der Kolben 7 demnach in der Nähe seiner tiefsten Stellung stehen. Der Zylinder 6 ist dann imstande, verhältnismässig grosse Wassermengen aufzunehmen.
Sinkt nun der Dampf verbrauch des Kessels plötzlich, dann wird der im Kessel entstehende Überdruck das Wasser durch die Leitung 30 in den Zylinder 6 hinuberdrücken und den Kolben 7 anheben.
Ist der Abfall der Dampfentnahme ungewöhnlich heftig, z. B. bei plötzlicher Absperrung des Hauptventiles, dann würde der Wasserraum 6, der ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel nur so gross zu sein braucht, dass er die infolge normaler Betriebsschwankungen aus dem Kessel verdrängten Wassermengen aufnehmen kann, nicht imstande sein, die gesamten Wassermengen, die aus dem Kessel verdrängt werden, aufzunehmen. Aus diesem Grunde gibt der Kolben in seiner höchsten Stellung die Umlaufleitung 41 frei, durch die das noch weiterhin verdrängte Wasser in die Saugleitung der Speisepumpe übertreten kann.
In der höchsten Stellung des Kolbens 7 fördert, wie oben dargelegt, die Speisepumpe 36 kein Wasser in den Zylinder 6. Steigt jetzt plötzlich der Dampfverbauch des Kessels wieder an, dann drückt die Feder 29 das in dem Zylinder 6 enthaltene Wasser in den Kessel hinüber und stellt dadurch gleichzeitig wieder die Speisepumpe 36 auf ihre Höchstfördermenge ein. Über die durch die Elektrode. M vorgeschrieben Höhe kann der Wasserspiegel im Kessel nicht ansteigen ; denn sobald er diese Elektrode berührt, wird das Relais 35 erregt und dadurch der Anker 33 angezogen, so dass sich das Ventil 31 auf seinen Sitz setzt und nunmehr dem Wasser nur noch in der Richtung vom Kessel zum Zylinder den Durchtritt gestattet.
Die Kulissensteuerung 37 kann natürlich auch durch eine andere Vorrichtung ersetzt werden, z. B. kann man in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens 7 das Saugventil der Speisepumpe steuern.
Auch die Drehzahl des Motors kann hl Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens 7 geregelt werden.
Wenn ein Wasserleitungsnetz mit genügend hohem Druck zur Verfügung steht, kann man das Speisewasser auch unmittelbar aus der Wasserleitung entnehmen. Dann fällt die Pumpe mit ihrem Motor und ihren Regelvorrichtungen fort. An deren Stelle tritt z. B. ein Regelventil, das von dem Kolben 7 gesteuert wird. Da man fast beliebig grosse Wassermengen speisen kann, ist es nicht mehr erforderlich, in jedem Fall eine Reservewassermenge im Zylinder 6 vorrätig zu halten, durch die zunächst einmal bei plötzlich steigender Dampfentnahme der Wasserspiegel im Kessel gehoben werden kann.
Man wird vielmehr die Anordnung so treffen, dass der Kolben schon den Speisewasserzufluss absperrt, wenn er erst ein kleines Stück aus seiner untersten Stellung emporgedrüekt ist, so dass stets für das aus dem Kessel übertretende Wasser fast das ganze Hubvolumen des Zylinders zur Verfügung steht.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Dampferzeugungsanlage, bei der der Wasserraum des Kessels mit einem Speicherzylinder in Verbindung steht, der durch einen belasteten Kolben unter Druck gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine in der Verbindungsleitung (9 bzw. 30) zwischen Kessel (1) und Speicherzylinder (6) angeordnete Absperrvorrichtung (11 bzw. 31) durch ein Getriebe (12, 13 bzw. 32, 33, 34, 35) betätigt wird, welches bei dem höchsten Kesselwasserstande durch den Wasserspiegel (bei 14) in Tätigkeit gesetzt wird und dadurch dem Wasser den Übertritt vom Speicherzylinder zum Kessel versperrt.