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Verfahren zur selbsttätigen Regelung des Betriebes von Dampferzeugern.
Es ist bekannt, die Intensität der Feuerung durch Veränderung der Brennstoff-und Verbrennungs- luftmenge in Abhängigkeit vom Dampfdruck und Dampfverbraueh zu regeln. Insbesondere bei Hoch- druckdampfanlagen ist es aber ausserdem notwendig, mindestens eine dieser Mengen auch noch durch mindestens einer der Temperaturen der Dampferzeugungsanlage zu beeinflussen, beispielsweise durch die Temperatur des Dampfes, der Wandungen, der Verbrennungsgase, der vorgewärmten Luft usw., damit eine vollständige Beherrschung und Sicherung d ? s Dampferzeugungsbetriebes erreicht wird.
Ausserdem ist es gegebenenfalls zur Erreichung höchster Wirtschaftlichkeit notwendig, auch noch die
Luftmenge allein von der chemischen Zusammensetzung der Abgase beeinflussen zu lassen.
Konstruktionen gemäss dieser Erfindung, bei der die einzelnen Regelwirkungen auf mechanischem Wege übertragen und gekuppelt werden, sind im nachfolgenden beschrieben.
Die Veränderung des Dampfverbrauches und des Druckes wird innerhalb eines bestimmten
Bereiches zur Regelung herangezogen, u. zw. die Dampf verbrauchsänderung zwischen dem Mindest- und dem Höchstverbrauch, der ein bestimmter Anzeigeweg V entspricht, sowie die Druckänderung zwischen dem niedrigsten für den Betrieb zulässigen Druck und dem höchsten Druck, bei dem die Anlage noch haltbar ist, welchem Druckunterschied ein Anzeigeweg D entspricht.
In Fig. 1 der Zeichnung sind die Regelwege D und V der Druck-und der Dampfverbrauchs- messeinrichtung dargestellt. In einem bestimmten Betriebszustande sei der Druck a, der Dampfverbrauch b.
Diese beiden durch die Messeinrichtungen auf den Skalen D und V festgelegten Stellen werden durch einen Hebel 1 verbunden, wobei von einem Punkte e dieses Hebels aus die sich aus Druck und Dampf- verbrauch ergebende Regelwirkung weitergeleitet wird.
Steigt beispielsweise der Dampfverbrauch bei gleichbleibendem Druck entsprechend dem Pfeilstrich bei b, dann geht das entlang der Skala V geführte Ende des Hebels 1 nach oben, wodurch unter Vermittlung der Hebel und Stangen 2,. 3, 4,5, 6 die Brennstoffzufuhr entsprechend der Pfeilrichtung bei B verstärkt wird. Ähnlich ist die Wirkung, wenn bei gleichbleibendem Dampfverbrauch der Druck sinkt. Gleichzeitig mit der Brennstoffänderung wird durch den Hebel 7 und die Stange 8 bei L die Luftmenge im Sinne des dort eingetragenen Pfeiles vergrössert. Werden Abgase mit zur Regelung der Feuerwirkung herangezogen, dann wird gleichzeitig mit der Veränderung der Luftmenge auch die Abgasmenge verändert. Der Grad der Luftverstellung soll ausserdem durch die gebildete Kohlensäure-und Kohlenoxydmenge beeinflusst werden.
Zu diesem
Zwecke wird das eine Ende m des Hebels 9 von einem Kohlensäuremesser und das andere Ende n dieses
Hebels von einem Kohlenoxydmesser eingestellt. Die resultierende Wirkung dieser beiden Apparate wird von der Zwischenstelle o des Hebels 9 aus unter Vermittlung der Stange 10 auf den Endpunkt l des Hebels 7 übertragen, so dass die Luftmenge bei steigendem Kohlenoxydgehalt im Sinne des Pfeils bei n und ebenso bei steigendem Kohlensäuregehalt im Sinne des Pfeils bei m erhöht. wird. Hiebei muss die Wirkung des auftretenden Kohlenoxydgehaltes derartig überwiegen, dass der damit zusammen- hängende Rückgang des Kohlensäuregehaltes mehr als ausgeglichen und eine nennenswerte Kohlen- oxydbildung verhindert wird.
Vom Dampfverbraueh und Druck können gleichzeitig auch andere Betriebsgrössen des Dampf- erzeugers selbsttätig beeinflusst werden, wie die Speisewassermenge S oder bei Dampferzeugungsverfahren,
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wo Dampf zwangsläufig umgepumpt und überhitzt wird, die umgepumpte Dampfmenge P. Dies ist in Fig. 1 dadurch zum Ausdruck gebracht, dass die Stange 6, die die Brennstoffmenge verändert, den einarmigen Hebel 11 betätigt, von dessen Zwischenpunkt p aus die Speisewassermenge im Sinne des bei .'
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Stellen des durchlaufenden Reglergestänges zur Veränderung der Brennstoffmenge B abgeleitet werden.
Die Beeinflussung der umzupumpenden Dampfmenge P wird beispielsweise von der Stelle d bzw. von der Zwisehenstelle r des Hebels 12 aus abgeleitet. Diese Verstellung der Menge P wird zusätzlich
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hitzungstemperatur im Sinne des Pfeils bei q die umgepumpte Menge P im Sinne des Pfeils vergrössert und damit die Überhitzung wieder auf das gewünschte Mass zurückgebracht wird.
Anstatt, wie beschrieben, die Regelwirkungen von Druck und Dampfverbrauch, von Kohlen- säure-und Kohlenoxydgehalt der Feuergase usw. mechanisch zu kuppeln, können auch elektrische, hydraulische od. dgl. Einrichtungen hiezu verwendet werden.
Die Veränderung der Brennstoffmenge B erfolgt im allgemeinen durch Veränderung eines Durchgangsquerschnittes für den Brennstoff, manchmal auch durch Zumessung des Brennstoffvolumens, z. B. mittels Förderschnecke od. dgl.
In beiden Fällen kann die Korngrösse des Brennstoffs, der bei Verwendung verschiedener Brennstoffsorten veränderliche Heizwert oder der verschiedene Wassergehalt des Brennstoffs usw. die Regelwirkung stören, indem dem gleichen Weg des Endes B der Stange 6 verschiedene Heizwirkungen entsprechen. Ohne zusätzliche Regelung würde hiedurch der gewünschte Normaldruck der Anlage erheblich geändert werden. Es würde dann der Punkt a des Hebels 1 so lange steigen oder fallen, bis
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Brennstoffmenge B von verschiedenen Angriffspunkten t des einarmigen Hebels. 3 abgeleitet wird.
Es ist unvorteilhaft, die Feuerung während des Anheizens in Abhängigkeit von Druck und Dampfverbrauch zu regeln. Es ist im Gegenteil wegen der Einfachheit und Genauigkeit der Apparate, insbesondere des Druckmessers, zweckmässig, den Wirkungsbereich dieser Apparate auf zulässige Betriebsdrücke zu beschränken. Zu diesem Zwecke wird die Regelung durch Druck und Dampfverbrauch während des Anheizens ausgeschaltet und erst bei Erreichung eines gewünschten Betriebsdruckes entweder von Hand aus oder selbsttätig durch den Druck (am besten abgeleitet vom Druckmesser) eingeschaltet.
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durch Veränderung der Brennstoff-und Luftmenge usw. in Abhängigkeit von der Temperatur des Dampfes beispielsweise am Ende des Überhitzers geregelt wird.
Da aber während des Anheizens unter Umständen die Temperatur in der Mitte des Überhitzers grösser sein kann als am Ende, ist es in diesem Falle zweckmässig, zur Anheizregelung ausserdem noch die Temperatur in der Mitte des Überhitzers heranzuziehen. In Fig. 1 ist die Abschaltung der normalen Regelung während des Anheizens gekenn-
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normalen Regeleinrichtung, abhängig vom Dampfverbraueh und Druck, abgekuppelt und bei g'unter Vermittlung der Stange 1. 3 bei t mit dem Hebel 14 verbunden wird, an dessen einem Ende v die Regelvorrichtung Ü, beeinflusst von der Temperatur am Ende des Überhitzers, und an dessen anderem Ende 10 die Regelvorrichtung Ü', beeinflusst von der Temperatur in der Mitte des Überhitzers, angreift.
Hiedurch wird die Feuerwirkung bei steigender Überhitzung im Sinne der Pfeile bei ! ; und 10 verringert.
Durch die Regeleinrichtung können auch beispielsweise in und vor Grenzstellungen optische und akustische Signale gegeben werden. Ausserdem ist es möglich, in gefähiliehen Grenzstellungen
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Massnahmen eingeleitet werden oder der Betrieb durch Abstellung der Feuerung ganz unterbrochen wird. So können z. B. in den Stangen 6 und 8 Spannschlösser i und i'angeordnet werden, von denen das erstere in Fig. 2 besonders dargestellt ist. Durch den an dem Spannschloss angreifenden Zahntrieb 15, 15'kann eine gewünschte zusätzliche Beeinflussung der Feuerwirkung durch Verkürzung oder Verlängerung der Stangenlänge 6 erreicht werden, indem die Verdrehung des Rades 15'beispielsweise mittels eines Handrades oder eines irgendwie gesteuerten Servomotors bewirkt wird.
Selbstverständlich kann man diese Wirkung auch in anderer Weise, beispielweise auf elektrischem Wege, erzielen.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Druck-und Dampfverbrauehsregeleinrichtung dargestellt, bei welcher der Druck und der Dampfverbrauch durch Messvorrichtungen mit rotierenden Kolben gemessen werden, derart, dass eine Messvorrichtung den Kesseldruck unmittelbar, eine zweite Messvorrichtung mittels zweier gegeneinander wirkender Kolben einen vom Dampf verbrauch abhängigen
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Differenzdruck und durch eine Zwisehenübersetzung den Dampfverbrauch selbst linear anzeigt, wobei alle Kolben von einer gemeinsamen Stelle aus in Umdrehung versetzt werden. Es bedeutet 16 das Druckgefäss, in dem der Dampfdruck unter Vermittlung von gekühltem Kondensat auf einen durch Stopfbuchsen od. dgl. abgedichteten Kolben 17 wirkt.
Der Gegendruck wird am günstigsten in zwei Teilen aufgenommen. Ein Gewicht 18 erzeugt den konstanten Gegendruck, der dem Druck entspricht,
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Betriebsdruck selbst wird zusätzlich durch die Feder 19 ausgeglichen, deren Zusammendrückung den Anzeigeweg D ergibt, wobei z. B. an der Stelle a des einarmigen Gewichtshebels 20 der Hebel 1 entsprechend Fig. 1 angreifen kann. Der Gewichtshebel ist durch den Lenker 21 am Gehäuse 16 abgestützt. 22 und 23 sind Druckgefäss, in denen die gegeneinander wirkenden Kolben 24 und 25 durch Stopfbüchsen od. dgl. abgedichtet sind.
Diese Kolben dienen zur Messung des Differenzdruckes zwecks
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auf den zweiarmigen Hebel 31 übertragen, an dem einerseits das dem jeweiligen Differenzdruck das Gleichgewicht haltende Belastungsgewicht 32 und die Stange 30, anderseits bei b der Regulierhebel1 entsprechend Fig. 1 angreift. Durch den Ausschlag des Hebels 31 wird der gesamte Dampfverbrauch V angezeigt. Die Stangen 29 und 3ss arbeiten mittels der Rolle 34 derart zusammen, dass diese Rolle an der festen Führungskurve 3J abrollt. Hiedurch wird die mit dem Dampfverbrauch quadratische Änderung des Differenzdrucks vermittels des Gestänges 27, 28, 29, 30 und 31 in eine lineare Anzeige V an der Stelle b des Regulierhebels 1 übergeführt.
Eine derartige Umwandlung in die lineare Anzeige lässt sich selbstverständlich auch durch andere Einrichtungen ähnlicher Art, z. B. durch entsprechende Schränkung von Hebeln, durch elektrische oder durch Flüssigkeitsübertragung, bewirken. Von der Stelle c wird die Regelwirkung mittels der Stange 2 entsprechend Fig. 1 in der schon beschriebenen Weise abgeleitet.
Der Kolben 17 einerseits und die beiden Kolben 24 und 25 unter Vermittlung der Kolbenstange 26 anderseits werden mittels der Zahnräder 33 in ständiger Drehung erhalten, um in bekannter Weise die Verschiebungsreibung der Kolben auf ein Minimum zu bringen. Die Drehung der Zahnräder 33 kann von einem Elektromotor abgeleitet werden. Bei Dampferzeugern, bei denen Dampf durch eine besondere Pumpe umgewälzt wird, ist es zweckmässig, die Drehung durch den Antrieb dieser Pumpe zu bewirken, weil die Umwälzpumpe ununterbrochen im Betriebe ist, solange der Kessel befeuert wird.
In Fig. 4 und 5 ist eine Ausführungsform der Vorrichtung zum Umschalten der Regelung von Anheizen auf Betrieb oder umgekehrt dargestellt. Die Stangen 4 bzw. 13 sind an den Stellen g und g' an eine Lasche 86 angelenkt, wobei die Stangen 4 und 13 in Lagern 37 parallel geführt sind. An der Lasche 36 gleitet der Schuh. ?, an dessen Seitenzapfen das Hebelende der Stange ; ? angreift. Durch die Blechschilde 39, welche mittels Zapfenstüeken 40 in den Lagern 41 in der Längsrichtung verschiebbar gelagert sind, kann der Schuh 38 längs der Lasche 36 mittels seiner Zapfen in die Grenzlagen bei g (Regelung im Betrieb) oder bei g' (Regelung beim Anheizen) gebracht werden.
Bei Regelung im Betrieb z. B. arbeitet wohl die Stange 13 weiter, wirkt aber nicht auf die Stange 5 ein, da die Lasche B6 eine Leerbewegung macht. Der Längsschlitz 42 in den Blechen 39 ermöglicht die freie Beweglichkeit der Stange 5 gegenüber dem senkrecht dazu in den Lagern 41 geführten Blechstück.
Auch für diese Einrichtung sind verschiedene andere Ausführungsformen möglich. Die Seitenverschiebung von Anheizen auf Betrieb kann von Hand aus oder selbsttätig durch einen Hubmagnet, Elektromotor, hydraulischen Servomotor od. dgl., ausgelöst durch das Erreichen des gewünschten Grenzdrucks, z. B. durch das Anspringen des Druckmessers 16, bewirkt werden.
An Stelle des beschriebenen mechanischen Apparates für die Druck-und Dampfverbrauchsanzeige kann man auch ein gewöhnliches Manometer und einen der gebräuchlichen Dampfmengenmesser mit elektrischer oder hydraulischer Fernübertragung verwenden, wobei die beiden Anzeiger erst nach der Fernübertragung zur zusammenfassenden Wirkung verbunden werden.
Auch bei dem in Fig. 3 dargestellten Messapparat können die Anzeigewege der Kolben 17 bzw. der Stange 26 statt durch direkte Kupplung mittels der beschriebenen Gestänge und Hebel elektrisch oder hydraulisch übertragen und dann kombiniert werden.-Durch die Fernübertragung kann auch anstatt der Proportionalbewegung des Hebelendpunktes a in Abhängigkeit vom Druck mittels der bei Drehzahlregelung von Maschinen bekannten Arten von Kompensations-, Uberkompensations-und Rückführungsvorrichtungen bewirkt werden, dass der gewünschte Normaldruck stets und unter allen Umständen eingestellt wird.
Bei der in Fig. 1 und 3 beschriebenen Art ist der Regelweg proportional dem Druck und setzt daher bei jeder Veränderung der Betriebsverhältnisse, welche den Druck beeinflusst, eine bestimmte zulässig geringe Veränderung des Drucks gegenüber dem Normaldruck voraus, welche so lange bestehen bleibt, bis die Ursachen der Veränderung der Betriebsverhältnisse behoben sind.
Sinngemäss gilt die beschriebene Art der Übertragung des Reguliereinflusses des Drucks auch für alle andern in Fig. 1 dargestellten Regelwirkungen, beispielsweise die des Kohlensäuremessers, des Kohlenoxydmessers und der Überhitzungstemperatur.
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tragen und kuppeln mit den gleichen Wirkungen wie die vorstehend beschriebene Art der mechanischen Übertragung.
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Stromimpulse, die einen Elektromotor 45 zwingen, mittels einer Schraubenspindel 46 eine Mutter 47 so lange zu verschieben, bis das an der Mutter befestigte Kontaktstück den der Anzeige der Kohlensäure entsprechenden Kontakt 48 berührt.
Durch die Mutter 47 können auch unmittelbar Kräfte zur Stellung von Regulierklappen od. dgl. abgeleitet werden.
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Punkt b irgendwo stehenbleibt) die Feuerung durch Heranziehung des im normalen Betriebe nicht voll ausgenutzten DrueLmessweges D vom Angriffspunkte ader Druckmessung allein aus beeinflusst wird.
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möglich, bei denen z. B. der Punkt c nicht parallel zu den Wegen von a und b geführt wird, sondern in der Art, dass die Entfernung des Punktes c von a auf dem Hebel 1 konstant bleibt. Dadurch wird zwar
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messers wichtig ist.
Alle die gekennzeichneten, für die Regelung wichtigen Apparate : Druckmessvorriehtung, Dampf- verbrauchsmessvorriehtung usw., können auch dazu dienen, die Veränderung der betreffenden Betriebs- grössen, wie Druck, Dampf verbrauch usw.. optisch anzuzeigen und aufzuzeichnen. Hiebei können die sonst bei solchen Messungen notwendigen elektrischen Fernschreiber entfallen, da ja die vorhandenen Verstell- wege der Regeleinrichtung zum Aufschreiben der betreffenden Betriebsgrössen unmittelbar herangezogen werden können.
In besonders vorteilhafter Weise lässt sich der Dampfverbraueh anzeigen, registrieren und die Verbrauchsmenge in Kilogramm zählen.
Zur genauen Zählung in Kilogramm ist eine Korrektur der Volumangabe des Messers durch
Druck und Temperatur des Dampfes notwendig. Diese linear prozentual vorzunehmende Korrektur lässt sich mit den vorhandenen Apparaten in einfacher Weise erreichen.
In Fig. 1 ist eine hiezu geeignete mechanische Anzeigevorrichtung dargestellt. Vom Zwischen- punkte ? I des Hebels 62, welcher in seinen Endpunkten einerseits bei a mit der Druckmessvorrichtung. anderseits bei ru mit der Messvorrichtung für die Überhitzungstemperatur Ü in Verbindung steht, wird durch die Stangen und Hebel 6. 3, 64,65 das Schubstück 66 in den Lagern 67 und 68 parallel verschoben.
Hiebei gleiten die Zapfen b'eines auf dem Hebel 69 gleitenden Schuhes im Längssehlitz 70 des Schub- stückes 66. Dadurch wird die Anzeige des Dampfverbrauehes V durch Druck und Temperatur in linearer prozentualer Weise derart korrigiert, dass in b'der Dampfverbraueh in Kilogramm gemessen und gezählt wird. Es wird nämlich mit fallendem Dampfdruck und steigender Temperatur des Dampfes die durch die Hebelübersetzung 69 an und für sich reduzierte Angabe des Dampfverbrauchs entsprechend verkleinert und umgekehrt.
Es kann aber auch in gewissen Fällen ein besonderer Apparat zur Mengenmessung zwecks Zählung des Dampfverbrauchs in Kilogramm mit der Korrektur durch die Druck- und Temperaturmessung des
Dampfes verwendet werden.
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wirkung und die Möglichkeit, von Hand aus die gewünschte Beeinflussung beispielsweise der Feuer- wirkung durch Veränderung der Brennstoffmenge oder der Luftmenge zu bewirken. In Fig. 7 ist eine Umschaltvorrichtung beispielsweise für die Veränderung der Brennstoffmenge B dargestellt. Es bedeutet 6 entsprechend Fig. 1 die Regelstange für die Veränderung des Brennstoffs bei B. Diese Stange besitzt am Ende eine Verzahnung, mittels deren das Zahnrad 49 gedreht wird.
Mit dem Zahnrad ist eine Klauenkupplung 50 verbunden, durch welche die Welle 51 mitgenommen wird, die mittels Federkeils ein Zahnrad 52 und die Stange 5. 3 mitnimmt, die die gewünschte Veränderung der Brennstoffmenge schliesslich herbeiführt. Durch Herausziehen des mit der Welle 51 verbundenen Handrades 54 wird die Klauenkupplung gelöst, und es kann nunmehr vermittels des Handrades 54 die Brennstoffmenge von Hand beeinflusst werden, wobei die automatische Verstellung ohne Wirkung weiterarbeiten kann. Die Grösse des Regelweges der automatischen bzw.
Handbeeinflussung kann durch die Zeiger 55 und 56 derart angezeigt werden, dass im Falle automatischen Betriebes nur der Zeiger 56 aussen sichtbar ist. während im Falle von Handbetrieb durch Aufleuchten der Lampe 57 auch der Zeiger 55, beispielsweise durch die zwischengestellte Mattseheibe 58 mit Teilung hindurch, sichtbar wird.
Bei einer Batterie von mehreren Dampferzeugern, die auf eine gemeinsame Hauptdampfleitung zur Verbrauchsstelle arbeiten, ist es zweckmässig, nur einen Regelapparat für Druck und Gesamtdampfverbrauch zu verwenden, beispielsweise nach Fig. 3. Jeder Kessel erhält dann eine automatische
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verbrauch des gemeinsamen Reglers bei jedem Dampferzeuger direkt auf das Stangenende d des Hebels bzw. 12 nach Fig. 1 einwirkt.
Sind die Betriebsverhältnisse und damit die Leistungsfähigkeit der einzelnen Dampferzeuger durch deren verschiedene Grösse, Betriebsbesehaffenheit, z. B. die Verlegung der Rohre, Heizkanäle usw., verschieden, dann ist es notwendig, die Regelungseinriehtung der Leistungsfähigkeit des betreffenden Dampferzeugers anzupassen. Zu diesem Zwecke wird nach Fig. 8 in das Regelgestänge zwischen den Hebelendpunkten t und gentsprechend Fig. 1 eine Hebelübersetzung mittels der Gestänge 59, 60, 61 eingeschaltet. Durch Verschiebung des Angriffspunktes x der Stange 61 auf dem einarmigen Hebel 60 kann der Regelweg entsprechend der gewünschten Leistungsfähigkeit des betreffenden Dampferzeugers eingestellt werden.
Es ist auch möglich, die Anpassung an die Brennstoffheizwirkung durch Verstellung des Angriffspunktes t der Stange 4 (Fig. 1) und die Anpassung des Dampferzeugers an seine Leistungsfähigkeit durch Verstellung des Angriffspunktes x der Stange 61 (Fig. 8) gemeinsam durch eine dieser Vorkehrungen zu bewirken. PATENT-ANSPRÜCHE :
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von Hochdruckanlagen in Abhängigkeit von Dampfdruck und vom Dampfverbracuh, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Brennstoff-oder die Verbrennungsluftmenge oder beide Mengen ausser vom Dampf- druck und Dampfverbrauch noch zusätzlich durch mindestens eine der in der Anlage auftretenden
Temperaturen (z. B. Temperatur des Dampfes, der Wandungen. der Verbrennungsgase usw.) geregelt werden.