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Selbsttätige Regelanordnung für Dampfkesselfeuerungen.
Die selbsttätige Feuerregelung an Dampfkesseln hat die Aufgabe, die Brennstoff-und Luftzufuhr der Dampfentnahme schnellsten anzupassen und im wesentlichen so einzustellen, dass den Änderungen der Dampfentnahme proportionale Änderungen der Brennstoff-und Luftzufuhr entsprechen. Jedem von einem Verbraucher angeforderten Dampfgewicht muss also ein proportionales Luftgewicht und Brennstoffgewicht zugemessen werden. Man kann sagen, dass Dampfgewicht und Luftgewicht sowie Dampfgewicht und Brennstoffgewicht gleichsam auf einer Waage gegeneinander abgewogen werden müssen.
Bei der Verwendung einer Waage für eine schnell wirkende selbsttätige Regeleinrichtung kommt ein eigentliches Abwägen von Gewichten nicht in Frage. Es muss ein Äquivalent gefunden werden als Mass für die Gewichte. Ein solches Mass steht in der Druckdifferenz zur Verfügung, die durch eine Verengung gemessen wird, welche in Form einer Stauscheibe, Staudüse oder Venturirohr in den Strömungsweg des Dampfes, der Luft und, wie später gezeigt wird, auch der Kohle eingebaut ist. Die für die Regeleinrichtungen auszuführende Waage dient also zum Abwägen von Druckkräften.
In der Regel arbeiten mehrere Kessel auf eine gemeinsame Dampfleitung. Es hängt von den jeweiligen Betriebsverhältnissen ab, ob sich alle Kessel gleichmässig an der Dampferzeugung beteiligen, ob ein Kessel gedämpft oder abgeschaltet wird, ob ein Teil der Kessel die Grundlast und der andere Teil die Spitzenlast übernimmt usw. Da diese Anordnungen nur von den Betriebsbeamten veranlasst werden dürfen, müssen sinngemäss die Brennstoff-und Luftregeleinrichtungen (Regeleinheiten) sämtlicher Kessel einer Kommandostelle untergeordnet werden. Von dieser aus hat der Eingriff in die Regelung zu erfolgen, ohne dass Sinn und Zweck der Regelung darunter leidet.
Eine Kommandostelle schaffen bedeutet aber : Einen übergeordneten Regler schaffen, von dem die Regeleinheiten der einzelnen Kessel abhängig gemacht werden. Mit andern Worten : Die Regeleinheiten bekommen ihre Regelimpulse nicht unmittelbar von der Dampfströmung, sondern von einem auf die Dampfströmung ansprechenden Hauptregler. Dieser ist grundsätzlich genau so auszubilden, wie die vorher beschriebenen Regeleinrichtungen, nämlich als Waage, nur mit dem Unterschiede, dass das strömende Dampfgewicht mit dem Gewicht eines aus einer besonderen Quelle strömenden Hilfsübertragungsmittels (beispielsweise Luft oder Öl) abgewogen wird. Die durch die Waage eingeregelte Hilfsströmung entspricht dann genau der Dampfströmung und ändert sich proportional mit ihr.
So wie nun die gemessene Dampfströmung sich zusammensetzt aus den Dampfströmungen der einzelnen Kessel, so wird umgekehrt der Strom des Hilfssteuermittels in so viele Teilströme zerlegt als Kessel vorhanden sind. Von diesen Teilströmen werden Impulse nach den Regeleinheiten der einzelnen Kessel geleitet. Jeder Teilstrom ändert sich nach den Strömungsgesetzen proportional dem Dampfstrom, so dass die von ihm abgeleiteten durch Stauscheiben erzeugten Regelimpulse proportional sind dem von dem Dampfstrom abgeleiteten Hauptimpuls. Ein besonderer Eingriff in einen Teilstrom, etwa durch Drosselung, verändert zwar der Grösse nach die durchströmende Menge und damit den Absolutwert der abgeleiteten Impulskraft dieses Teilstromes, aber die Veränderungen bleiben nach wie vor proportional den Änderungen des Dampfstroms.
Das Regelgesetz bleibt also erhalten.
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Membran 2, die unter dem Einfluss eines Differenzdruckes steht, der vor und hinter einer Stauscheibe. 3 in der Dampfsammelleitung 4 gemessen wird. Der Differenzdruck ist ein Mass für die strömende Dampfmenge. Je grösser die Dampfströmung, desto grösser ist der Differenzdruck und desto mehr wird die Membran 2 aufwärts durchgebogen. Die Bewegung der Membran 2 wird durch eine Stange 5 auf den Hebel 6 übertragen, der sich um den festen Punkt 7 dreht und einen Steuerschieber 8 verschiebt. Dieser überdeckt, wenn er mit dem Hebel 6 und der Membran 2 in Mittelstellung steht, gerade die beiden Bohrungen 9 und 10, die in je einen Raum über und unter dem Steuerkolben n führen.
Biegt sich die
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auf dem Wege der Druckdifferenzmessung in 1 derselben Weise gemessen, wie die Dampfmenge mit der Stauscheibe 3. Die Druckdifferenz wird als Rüekführungsimpuls benutzt und wirkt auf eine mit der Kolbenstange 5 verbundene Membran 20, indessen so, dass ihre Wirkung entgegengesetzt derjenigen ist, welche die Dampfströmung auf die Membran 2 ausübt. Wenn also infolge vergrösserter Dampfströmung das Ventil 15 weiter geöffnet wird, vergrössert sich die Ölströmung und damit auch die an der Stauscheibe 19 gemessene Druckdifferenz, wodurch der Steuerschieber 8 zu einer rückläufigen Bewegung gezwungen wird. Er gelangt schliesslich wieder in i3eine Mittellage (Decklage), wenn der von der Dampfströmung ausgehende Impuls sich mit dem von der Ölströmung ausgehenden Impuls gerade ausgeglichen hat.
Die strömende Ölmenge hat sich dann genau proportional der Dampfmenge geändert. Die Dampfströmung und die Strömung des Hilfssteuermittels sind wieder im Gleichgewicht. Der Hauptregler regelt also die Strömung des Hilfssteuermittels so ein, dass sie ein genaues Abbild der Dampfströmung wiedergibt.
Nachdem der Ölstrom durch die Stauscheibe 19 hindurchgeflossen ist, wird er in so viele gleich grosse Teilströme zerlegt, als Kessel vorhanden sind. Die Leitung 18 verzweigt sich im vorliegenden Beispiel in vier Leitungen 21. Jede von diesen Leitungen teilt sich wieder in zwei Äste 22. und 23. Schliesslich vereinigen sich alle Teilleitungen wieder zu einer Sammelleitung 24. Durch sie fliesst das Öl in einen Behälter 25, aus welchem es durch die Pumpe 16 im Kreislauf durch die Leitung. 26 wieder angesaugt wird. Jeder Teilstrom wird dann zu einem Abbild der Dampferzeugung eines einzelnen Kessels. Durch je ein Drosselorgan 40 kann man nach Bedarf die Teilströme beeinflussen, ohne dass die Gesamtströmung sich ändert, die ja durch den Hauptregler einreguliert ist. Das Regelgesetz wird also durch einen solchen Eingriff nicht gestört.
Die Änderungen der Teilströme bleiben nach wie vor proportional den Änderungen des Gesamtstromes. Geändert wird durch das Drosselorgan 40 nur das Verhältnis der Teilströme und damit der Anteil des einzelnen Kessels an der Gesamtdampferzeugung (Belastungsanteil). Wenn man in jedem Teilstrom noch eine Stauseheibe 41 mit einem Druckdifferenzmesser 42 vorsieht, so lässt sich also an ihm der Belastungsanteil jedes Kessels ablesen.
Man könnte von diesen Stauscheiben 41 auch die Impulse für die Brennstoff-und Luftzufuhr zu den einzelnen Kesseln ableiten. Indessen ist es zweckmässig, jeden Teilstrom vor Abnahme der Impulse nochmals zu teilen, u. zw. in zwei Teile 22 und 23. Man erhält dann zwei gleichwertige Impulse und benutzt den einen zur Einregelung des Brennstoffes, den andern zur Einregelung der Luft. Der Impuls für die Brennstoffregelung wird von der Stauscheibe 28, der Impuls für die Luftregelung von der Stauscheibe 27 abgeleitet.
Diese Verzweigung hat den Vorteil, dass man auch bei einer Änderung des Brennstoffheizwertes von der Kommandostelle aus in den allgemeinen Regelvorgang eingreifen und das Verhältnis von Brennstoff und Luft ändern kann. Zu dem Zwecke sind die Verstellorgane 43 und 44 vorgesehen, die man einzeln verstellt oder auch gemeinsam in der Weise, dass die Summe beider Drosselquerschnitte unverändert bleibt.
In diesem Fall bleibt der durch das Drosselorgan 40 eingestellte Belastungsanteil unbeeinflusst.
Für den ganzen Regelvorgang ergibt sich nun folgendes Bild : Der Hauptregler stellt nach der gesamten Dampfströmung die Strömung des Hilfssteuermittels ein, wobei dessen Strömungsmenge proportional der gesamten Dampfmenge ist. Der Strom des Hilfssteuermittels verzweigt sich in so viele Teilströme, als Kessel vorhanden sind. Die Strömungsmenge jedes Teilstromes kann durch ein Drosselorgan 40 beeinflusst werden, bleibt dabei porportional der gesamten Dampfmenge und ist gleichzeitig ein Mass für den Belastungsanteil eines einzelnen Kessels. Jeder Teilstrom verzweigt sich abermals, ohne dass die Proportionalität gegenüber der Gesamtdampfmenge gestört wird. Die Strömungsmenge des einen Zweiges ist ein Mass für die Brennstoffmenge, die des andern Zweiges ist ein Mass für die Luftmenge die einem einzelnen Kessel zuzuführen ist.
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Es sei die Aufgabe gestellt, nachstehende Regeleinheiten einer Kesselanlage zu regeln : a) die Luftzufuhr durch Änderung der Drehzahl des das Unterwindgebläsc antreibenden Motors, b) die Brennstoffzufuhr durch Änderung der Drehzahl des den Rost antreibenden Motors,
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beiden Regeleinheiten für Luft und Brennstoff geleitet werden müssen. Jeder Impuls entsteht, wie vorher auseinandergesetzt, aus einer an einer Stauscheibe gemessenen Druckdifferenz und ist ein Mass für die abströmende Dampfmenge. Der Sinn der Regelung verlangt. dass eine proportionale Luft-und Brennstoffmenge zugeführt wird. Wenn es nun möglich ist.
Luft-und Brennstoffmenge ebenfalls mit einer Stauscheibe zu messen und durch eine Druckdifferenz auszudrücken, so kommt das Regeln auf ein Abwägen von Druckkräften hinaus. Die Regeleinheiten am Kessel selbst sind dann genau so auszubilden wie der Hauptregler der Kommandostelle. a) Luftregelung. Bei der Luft ist die Messung der Mengen leicht auszuführen, indem beispielsweise in die Verbindungsleitung 37 zwischen dem Gebläse und dem Raum unter dem Rost eine Stauscheibe 36 eingebaut wird. Die dort gemessene Druckdifferenz wird in der Regeleinheit 29, 30 mit dem von der Stauscheibe 27 abgeleiteten Impuls abgewogen. Die Regeleinheit 29, 30 arbeitet dann genau so wie der Hauptregler 2, 20 mit dem Unterschiede, dass der Steuerkolben : 31 eine elektrische Schaltung, betätigt.
Die Regeleinheit besteht aus einem Untertaktgeber 2. 9, Rückführungsapparat 3ss, Steuer- schieber. M, Steuerkolben 32 und Schalthebel 33. Anordnung und Wirkungsweise entspricht der des Haupttaktgebers, wie sie vorher beschrieben ist. Dadurch, dass hier wie dort der Rüekführungsimpuls dem Regelimpuls entgegenwirkt und sich mit ihm ausgleicht, wird der Steuerschieber 57 in seine Mittellage (Decklage) zurückgestellt, was noch durch die beiden gleichen entgegengesetzt wirkenden Federn. 34 und 35 unterstützt wird.
Der Rüekführungsimpuls wird hiebei mit den gleichen Mitteln erzeugt wie vorher bei der Dampfströmung und Ölströmung. nämlich durch Druckdifferenzmessung an Stauscheiben, so dass überall volle Gleichartigkeit in der Messung und demzufolge volle Proportionalität zwischen Dampfströmung, Ölströmung und Luftströmung erreicht wird. Durch diese Schaltung wird dem Motor und dem mit ihm gekuppelten Gebläse eine Drehzahl aufgezwungen, bei der die geförderte Luftmenge oder die an der Stauscheibe 36 gemessene Druckdifferenz übereinstimmt mit der abströmenden Dampfmenge oder mit der bei 27 gemessenen Druckdifferenz. b) Brennstoffregelung. Die Brennstoffmengeist schwieriger zu messen. Man kann die Messung nicht unmittelbar vornehmen, sondern muss zu einem Behelfsmittel greifen.
Wenn der Brennstoff dem Rost unter einer bestimmten, unveränderlichen Schütthöhe zugeführt wird, so ist die auf dem Rost vorgeschobene Brennstoffmenge im wesentlichen proportional der Vorschubgeschwindigkeit des Rostes und damit auch proportional der Drehzahl des Rostmotors. Mit dem Rostmotor kann man nun eine Hilfspumpe kuppeln, durch die ein leicht messbares Fördermittel wie Luft oder eine Flüssigkeit in Umlauf gesetzt wird. Die Hilfspumpe muss so gebaut sein, dass ihre Förderung proportional ihrer Drehzahl ist, beispielsweise als Verdrängerpumpe in der Form einer Kolbenpumpe oder rotierenden Sehieberpumpe mit exzentrischem Gehäuse.
Wenn nun die Fördermenge der Hilfspumpe wie auch die vom Rost vorgeschobene Brennstoffmenge der Drehzahl des Rostmotors proportional ist, so ist die Fördermenge der Hilfspumpe ein Mass für die zugeführte Brennstoffmenge. Die Messung der Brennstoffmenge ist damit zurückgeführt auf die Messung einer Luft-oder Flüssigkeitsmenge. Man benutzt dazu die Stauscheibe 38. Die Regeleinheit 29', 30'für den Brennstoff kann infolgedessen genau so ausgebildet werden wie die Regeleinheit 29, 30 was aus der Verwendung gleicher Bezugszeichen mit einem Index für gleiche Teile hervorgeht. Sie erhält den einen Impuls von der Stauscheibe 28, den andern von der Stauscheibe 38.
Durch die von ihr betätigte elektrische Schaltung 33'wird die Drehzahl des Rostmotors eingeregelt und dadurch die zugeführte Brennstoffmenge mit der abströmenden Dampmenge in Übereinstimmung gebracht. e) Fuchsschieberregelung. Durch die richtige Einstellung der Brennstoff-und Luftzufuhr nach dem Dampfverbrauch ist der Zweck der selbsttätigen Regelung eigentlich erfüllt. Wenn ausserdem noch verlangt wird, dass der Fuchssehieber selbsttätig verstellt werden soll, so geschieht dies nur a, us betriebstechnischen Gründen mit Rücksicht auf den Feuerraumdruck. Ein zu hoher oder zu niedriger Druck im Feuerraum ist unerwünscht, weil infolge unvermeidlicher Undichtigkeiten im Mauerwerk entweder Feuergase aus dem Feuerraum nach aussen oder kalte Luft von aussen in den Feuerraum strömen kann.
Daher soll der Feuerraumdruck im allgemeinen nur wenig unter dem Aussendruck liegen und möglichst unverändert bleiben.
Man erreicht dies bekanntlich dadurch, dass man nach Bedarf einen Fuchsschieber verstellt, um den Ausströmquerschnitt der Feuergase zu beeinflussen. Im wesentlichen richtet sich die Fuchsschieberstellung nach der Belastung des Kessels. Denn je höher die Belastung ist, um so grösser ist die Feuergasmenge, um so mehr muss der Fuehsschieber geöffnet werden. Es liegt also nahe, die Verstellung des Fuchsschiebers von einem der Impulse abhängig zu machen. durch die Brennstoff und Luft geregelt wird. Nach den Lehren der Feuerungstechnik ist die Feuergasmenge proportional der Verbrennungsluftmenge und bei gleichartigen Brennstoffen fast unabhängig von der Brennstoffsorte oder deren Heizwert.
Eine Ver- änderung des Brennstoffheizwertes hat zwar eine vergrösserte oder verkleinerte Brennstoffzufuhr zur
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Leitungen 47 und 48 regeln. Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist die Leitung 18, in die die Leitung 47 und 48 münden, nicht unterteilt, sondern bildet eine durchgehende Sammelleitung, von der die Ströme 21 abzweigen.
PATENT-ANSPRUCHE :
1. Anordnung zur zentralen und vom Dampfbedarf abhängigen, selbsttätigen Regelung der Feuerungen mehrerer Kessel, bei der ein auf den Dampfbedarf ansprechender Regler über ein strömendes Hilfssteuermittel (Öl, Luft od. dgl.) auf Unterregler zur Betätigung der Stellwerke für Brennstoff, Luft und Feuergase einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des strömenden Hilfssteuermittels durch ein vom Hauptregler über eine Hilfssteuerung (Schieber 8) betätigtes Regelorgan (Ventil 15) so eingeregelt wird, dass sie sich proportional mit der erzeugten Dampfmenge ändert.