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Zwangsdureblaufkessel.
Es ist bekannt, bei Zwangsdurchlaufkesseln die Feuerregelung einem Temperaturimpuls zu unterstellen, der von dem aus dem Kessel austretenden Dampf abgeleitet wird. Eine solche Regelung hat den Nachteil, dass sie den tatsächlichen Vorgängen im Kessel mehr oder weniger stark nacheilt und dass infolgedessen leicht Pendelungen eintreten. Dass die Regelung nacheilt, ist darauf zurückzuführen, dass sich eine Änderung der Beheizung immer erst dann am Kesselende als Dampftemperatur- änderung bemerkbar machen kann, wenn das im Augenblick der Beheizungsänderung in den Kessel eintretende Arbeitsmittel an jene Stelle gelangt ist. Da die Durchlaufzeit des Arbeitsmittels im allgemeinen mehrere Minuten beträgt, so kommt der Regelimpuls also immer in einem sehr beträchtlichen Masse zu spät.
Bisher hat man noch keinen vollkommen befriedigenden Ausweg gefunden, diesen Mangel zu
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Arbeitsmittels lässt sich kaum eine Verbesserung der Verhältnisse erreichen, da man den Impulsentnahmepunkt nur bis an die Stelle der beginnenden Überhitzung vorschieben kann. Die sich hieran anschliessende Verdampfungsheizfläche kann bekanntlich nicht für die Entnahme von Temperaturimpulsen herangezogen werden, da das in dieser Heizfläche eingeschlossene Arbeitsmittel unabhängig von der Belastung des Kessels immer die gleiche Temperatur, u. zw. die Sattdampftemperatur, die dem Betriebsdruck entspricht, besitzt. Es bleibt damit nur noch die Möglichkeit, den Impuls vom Vorwärmer abzuleiten.
Aber auch diese Möglichkeit erweist sich nicht als brauchbar, da einerseits die Temperaturänderungen, die im Vorwärmer auftreten, verhältnismässig gering sind und anderseits, weil dieser Impuls zu früh kommt und man damit einen zu grossen Teil des Kessels, der hinter der Impulsentnahmestelle liegt, unkontrolliert sich selbst überlassen müsste. Es versteht sich von selbst, dass auch ein Summenimpuls, der sich teils aus einem vom Vorwärmer, teils vom Überhitzer abgeleiteten Impuls zusammensetzt, nicht brauchbar ist, da sich auch in dieser Zusammensetzung entweder der eine oder der andere Impuls durchsetzt, deren jeder, wie vorstehend erläutert wurde, zu ungelegener Zeit zustande kommt.
Die Erfindung weist nun einen grundsätzlich neuartigen Weg, einen in kürzerem Zeitabstand auf eine Änderung der Beheizung des Kessels folgenden Temperaturimpuls zu gewinnen. Sie besteht darin, dass der eigentlichen Kesselheizfläehe eine Nebenheizfläche mit einer der ersteren gegenüber geringen Durchlaufzeit zugeordnet wird und die Temperaturänderungen des in dieser Nebenheizfläche strömenden Mittels für die Regelzwecke des Kessels benutzt werden. Die Bedeutung dieses Vorschlages ergibt sich daraus, dass es durch seine Anwendung möglich ist, die Grösse, die bisher das Zustandekommen des Temperaturimpulses verzögerte, nämlich die Durehlaufzeit des Arbeitsmittels, beliebig klein zu machen.
An sich kann man die Nebenheizfläche, die von einem einzigen verhältnismässig dünnen Rohrstrang gebildet werden kann, an beliebiger Stelle dem Heizgasstrom des Kessels aussetzen und ihr jede beliebige Form geben. In diesem Falle werden sich jedoch Änderungen in der Beheizung des Kessels nicht immer in einem gleichbleibenden Verhältnis auf die eigentliche Kesselheizfläche und die Nebenheizfläche auswirken, d. h. die am Ende der Nebenheizfläche auftretenden Dampftemperaturen werden nicht immer ohne weiteres ein getreues Abbild der Temperaturen am Kesselende sein. Das schliesst aber nicht aus, dass von den von der Nebenheizfläche abgenommenen Temperaturimpulsen
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die Feuerungsregelung doch vorgenommen wird.
Um eine einwandfreie Regelung zu erhalten, hat man nur nötig, die jeweilige Grösse des Impulses korrigiert auf die Feuerregelung zur Einwirkung kommen zu lassen, wozu in der Regeltechnik die verschiedensten Mittel zur Verfügung stehen, wie beispielsweise die geeignete Anwendung von Kurvenscheiben, von gestaffelten Widerständen und ähnliches mehr.
In der Regel wird man sich mit dieser Lösung aber nicht zufrieden geben und danach trachten. die Nebenheizfläche auf solche Weise der eigentlichen Kesselheizfläehe, die nachfolgend kurz als Hauptheizfläche bezeichnet wird, zuzuordnen, dass die Temperaturänderungen am Ende der Nebenheizfläche bei einer Änderung der Beheizung des Kessels denen am Ende der Hauptheizfläche proportional sind.
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angenähert die gleichen Wärmezonen im Kessel durchlaufen zu lassen.
Unter Umständen ergibt sich aber auch auf diese Weise noch nicht immer eine genügende Proportionalität der Temperaturänderungen am Ende der Haupt- und Nebenheizfläcl1e, so dass es sich empfiehlt, ausserdem das jeweilige Grössenverhältnis der Nebenheizfläche zur Hauptheizfläche in den aufeinanderfolgenden Zonen gleicher Brenngastemperatur wenigstens angenähert gleich gross zu machen.
Um am Ende der Nebenheizfläche möglichst eindeutige und grosse Temperaturänderungen zu erhalten, wird erfindungsgemäss ferner vorgeschlagen, die Nebenheizfläche in der Weise mit einer Flüssigkeit, die auch ein Teil des Kesselspeisewassers selbst sein kann, zu speisen, dass diese die genannte Heizfläche ohne Dampf zu bilden, durchströmt. Würde man eine Dampfbildung zulassen, so würde die Nebenheizfläche längs einer gewissen Strecke, innerhalb der eine Verdampfung stattfindet, eine gleichbleibende Messflüssigkeitstemperatur aufweisen, also eine Strecke enthalten, die für den vorliegenden Zweck geradezu überflüssig ist.
An dieser Stelle sei noch bemerkt, dass es sich unter Umständen empfiehlt, um am Ende der Messstrecke möglichst hohe Temperaturen und damit grosse Temperaturänderungen zu erhalten, die Nebenheizfläche etwa mit Öl zu speisen. An Stelle einer Flüssigkeit kann man durch die Nebenheizfläche aber auch ein Gas hindurchschicken, was deshalb vorteilhaft sein kann, weil der Strömungswiderstand eines Gases geringer ist als der einer Flüssigkeit. so dass die Durchlaufzeit des strömenden Mittels der Nebenheizfläche besonders klein gemacht werden kann.
Die Speisung der Nebenheizfläehe kann man entweder so durchführen, dass sie ständig der bei Belastungsänderungen des Kessels sieh ändernden Speisung der Hauptheizfläche proportional ist, oder aber dass sie unabhängig von Belastungsänderungen des Kessels dauernd unverändert aufrechterhalten wird. In dem zweiten Falle muss beachtet werden, dass sich bei Belastungsänderungen des Kessels am Ende der Nebenheizfläche Temperaturänderungen ergeben, während die Temperatur am Ende der Hauptheizfläehe, sofern bei der Änderung der Kesselbelastung die Wärme-und Arbeits- mittelzufuhr gleichzeitig in entsprechendem Masse verändert worden sind, konstant bleibt.
Es würde infolgedessen von dem Temperaturmesser am Ende der Nebenheizfläehe ein auf die Feuerung ein-
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jedoch auf einfache Weise dadurch begegnen, dass man auf die Regeleinrichtung einen Kompensationimpuls einwirken lässt, der selbsttätig bei Belastungsänderungen ausgelöst wird und dessen Grösse der Grösse der Belastungsänderung entspricht.
Verwendet man als Temperaturmesser am Ende der Nebenheizfläche ein Widerstandsthermometer und baut man die Regeleinrichtung in an sich bekannter Weise so auf, dass unter Anwendung einer Wheatston'schen Brücke bei Temperaturänderungen der Widerstand in dem einen Zweig und damit das Gleichgewicht der Brücke gestört wird, so kann man die vorstehend gegebene Anweisung in einfacher Weise dadurch verwirklichen, dass man eine Störung des Brückengleichgewichtes verhütet, indem man in einen entsprechend andern Zweig der Brücke einen Widerstand einschaltet, der bei Laständerungen in entsprechendem Sinne und entsprechendem Masse verändert wird. Das späterhin beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung lässt diese Anordnung noch deutlicher werden.
An Stelle einer Wheatston'sehen Brücke kann man aber auch jede andere elektrische oder hydraulische Regeleinrichtung benutzen. Verwendet man beispielsweise einen Kontaktzeigerregler, dessen Zeigerausschläge den Temperaturänderungen am Ende der Nebenheizfläche entsprechen, so kann man eine Falschregelung bei Belastungsänderungen des Kessels auf einfache Weise dadurch verhüten, dass man die beiden Gegenkontakte, mit denen der Zeigerkontakt zusammenarbeitet, bei Belastungsänderungen des Kessels nach der einen oder andern Richtung hin sinngemäss verschiebt.
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des in die Hauptheizfläche oder die Temperatur des in die Nebenheizfläche eingespeisten Mittels ver- ändert. Notwendigenfalls muss man deshalb auch diese beiden Einflüsse berücksichtigen.
Bei Anwendung von Widerstandsthermometern an der Einspeisungsstelle der beiden Heizflächen und gleichzeitiger Anwendung einer Wheatston'schen Brücke lässt sich das in einfacher Weise dadurch erreichen, dass man in die Brüekenzweige die entsprechenden Widerstandsthermometer einschaltet, deren Widerstandswerte sich sinngemäss mit den Temperaturen an den Einspeisungsstellen verändern.
Bei Anwendung eines hydraulischen Reglers lassen sich Temperaturänderungen der eingespeisten Mittel durch entsprechend ausgebildete Zwischengestänge des Reglers beaufsichtigen, bei Anwendung eines
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Kontaktzeigerreglers kann dies in ebenso einfacher Weise dadurch geschehen, dass man das mit dem Zeigerkontakt zusammenarbeitende Gegenkontaktpaar in entsprechendem Sinne lia-li der einen oder andern Richtung verstellt.
Soll dabei gleichzeitig, wie vorher beschrieben wurde, eine Fals hregelung verhütet werden, wie sie durch Belastungsänderungen des Kessels eintreten könnte, so muss man den Antrieb, der das Gegenkontaktpaar verstellen soll, als Mehrfaehdifferentialgetriebe ausführen, das gestattet, ohne gegenseitige Beeinträchtigung das Kontaktpaar jeweils so zu verstellen, wie es eine Belastungsänderung oder eine Änderung der einen oder andern der Temperaturen der eingespeisten Mittel erfordert.
Die Regler können in allen Fällen mit oder ohne Rückführungseinrichtung ausgeführt sein.
Finden Regler ohne Rückführung Verwendung, so erfolgt die Zurückführung der Temperaturen am Ende der Nebenheizfläche auf den Ausgangswert von der Feuerungsseite des Kessels her. Falls diese Rückführung zu schleichend erfolgt, so dass die Gefahr besteht, dass bei der Regelung Pendelungen eintreten, empfiehlt es sich. die Rückführung in den Regler selbst hinein zu verlegen. Dabei kann die Rückführung starr oder isodromwirkend erfolgen. Wie die Rückführung bei Anwendung einer Wheatston'schen Brücke, eines hydraulischen Reglers oder eines Zeigerkontaktreglers im einzelnen erreicht werden kann, ist an sich bekannt und für die Erfindung als solche ohne Bedeutung. Es erübrigt sich deshalb, an dieser Stelle hierauf näher einzugehen.
Es könnte vielleicht noch der Einwand gemacht werden, dass die neue Regelung wirtschaftlich nicht tragbar wäre, weil die Wärmemenge, die der Nebenheizfläehe zugeführt und damit der Haupt- heizfläche entzogen wird, recht beträchtlich ist. Falls darin aber tatsächlich ein Nachteil der neuen Messmethode gesehen werden sollte, hat man nur nötig, das aus der Nebenheizfläche austretende Mittel einem Wärmeaustauscher zuzuführen, in wc] hem die der Nebenheizfläche zugeführte Wärme wiedergewonnen und für irgendwelche Zwecke nutzbar gemacht werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen dargestellt. In Fig. 1 ist die eigentliche KesseIhpM"cI'e oder Hauptheizflä (he, die der Erzeugung des Nuizda'npfes dient, mit 1, die Nebenheizfliiche mit 2 bezeichnet. Beide Heizflächen werden von einer gemeinsamen Kesselfeuerung beheizt, die bei. 3 andeutungsweise dargestellt ist. Wie durch die Pfeile 4-6 angedeutet ist, wird durch die Feuerung sowohl die Heizfläche 1 wie die Heizfläche 2 beheizt. Die Heizfläche 1 wird durch eine Pumpe 7, die Nebenheizfläche 2 durch eine Pumpe 8 gespeist. Der erzeugte Dampf aus der Heizfläche 7 tritt aus der Leitung 9 aus.
Das aus der Nebenheizfläche 2 austretende Mittel wird durch die Leitung 10 abgeleitet. In dieser Leitung ist ein Temperaturmessgerät 11 angeordnet, ebenso befinden sich in der Zuleitung 12 zur Heizfläche 2 und in der Zuleitung 18 zur Heizfläche 1
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in einen Kreislauf eingeschaltet, in welchem ein Wärmeaustauscher 20 angeordnet ist.
Fig. 2 zeigt die bereits erwähnte Regeleinrichtung, bei welcher eine Wheatston'sehe Brücke zur Anwendung gelangt. In die vier Zweige dieser Brücke sind vier Widerstände 21, 22, 2. 3 und 24 eingesetzt. Die Anordnung ist so gewählt, dass sieh die Widerstandswerte der Widerstände 21, 22 und 28 entsprechend den Temperaturänderungen an den Temperaturmessstellen 11, 14 und 15 ändern. Der Widerstand 24 kann durch einen Schieber 25 verändert werden, der sieh selbsttätig verschiebt, sobald die Belastung des Kessels herauf oder herunter geht.
In den eigentlichen Brückenzweig 26 ist ein Gerät 27 eingeschaltet, das, sobald durch die Brückenleitung 26 ein Ausgleichsstrom fliesst, die Drehzahl des Motors 28, der eine Brennstoffördereinrichtung 29 und gegebenenfalls ein Verbrennungsluftgebläse antreibt, im Sinne einer Drehzahlerhöhung oder Verminderung steuert. Der :
Motor 28 kann, wie durch die gestrichelte Linie 30 angedeutet sein soll, zugleich auch einem sogenannten Generalregler unterstellt sein, das ist ein Regler, der gestattet, die Belastung des Kessels dadurch zu verändern, dass gleichzeitig die Fördereinrichtungen für den Brennstoff, die Verbrennungsluft und das Speisemittel geregelt werden.
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zustande ist, befindet sich auch die Brücke im Gleichgewicht. Es fliesst also durch die Brückenleitung 26 kein Strom. Die Brennstoffördereinrichtung 29. die Speisepumpe 7 und die nicht dargestellte Verbrennungsluftfördereinrichtung laufen mit bestimmten Drehzahlen um und der Kessel liefert eine dementsprechende Dampfmenge von bestimmter Temperatur.
Wird jetzt beispielsweise unter Benutzung des erwähnten Generalreglers die Belastung des Kessels heraufgesetzt, so tritt bei konstant bleibender Speisung der Nebenheizfläche 2 folgendes ein : Unter der Voraussetzung, dass der Generalregler so arbeitet, dass sich hiebei die Zufuhr von Brennstoff, Arbeitsmittel und Verbrennungsluft in dem Verhältnis zueinander ändern, dass der aus der Leitung 9 austretende Dampf nach wie vor die gleiche Temperatur aufweist, würde sich dennoeh infolge der veränderten Beheizung der Nebenheizfläche 2 an der Messstelle 11 eine Temperaturerhöhung ergeben.
Diese Temperaturerhöhung beeinflusst aber die Fördereinrichtung 29 nicht, da gleichzeitig mit der Belastungserhöhung durch Verschieben des Schiebers 25 der Widerstand 24 in einem solchen Masse verändert wird, dass das Brüekengleichgewicht durch die Änderung des Widerstandes 21 nicht gestört wird. Man kann also den Kessel herauf-oder herunterregeln, ohne dass von der Messstelle 11 aus eine Falschregelung der Feuerung eintreten würde.
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Ein anderer Fall, bei dem die Feuerungsregelung nicht wirksam werden kann, ist der, dass die Temperatur des in die Nebenheizfläche 2 eingespeisten Mittels steigt oder sinkt. Steigt die Temperatur beispielsweise an der Stelle 14, so steigt sie auch an der Stelle 11. Der Temperaturanstieg an der Stelle 11 löst aber deshalb keinen auf die Fördereinrichtung 29 einwirkenden Regeleingriff aus, weil die beiden Widerstände 21 und 22, die sich mit Temperaturänderungen an den Stellen 11 und 14 verändern, an solchen Stellen in den Brückenstromkreis eingeschaltet sind, dass ein gleichzeitiges Anwachsen oder Absinken der Temperatur an den Stellen 11 und 14 kompensiert wird, die Brückenleitung 26 also stromlos bleibt.
Nur in zwei Betriebsfällen kommt ein tatsächlicher Regeleingriff zustande. Der eine Fall ist der, dass sich im Beharrungszustand des Kessels aus irgendeinem Grunde die Beheizung des Kessels ändert, der andere Fall tritt dann ein, wenn die Temperatur des in die Hauptheizfläche 1 eingespeisten Mittels an der Stelle 15 steigt oder sinkt.
Wie der Regler in dem zuerst genannten Falle arbeitet, bedarf nach dem Vorangegangenen keiner Erläuterung.
In dem zweiten Falle kommt ganz ähnlich wie in dem ersten ein Regeleingriff dadurch zustande, dass der Widerstand 23, dessen Widerstandswert sich mit der Temperatur an der Stelle 15 ändert, das Gleichgewicht der Brücke stört. Dadurch wird ein Ausgleichsstrom in der Brückenleitung 26 hervorgerufen, der über das Gerät 27 den Motor 28 bzw. die Fördereinrichtung 29 in entsprechendem Sinne verstellt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Zwangsdurchlaufkessel, dadurch gekennzeichnet, dass der eigentlichen Kesselheizfläche (1) eine Nebenheizfläche (2) mit einer der ersteren gegenüber geringeren Durchlaufzeit zugeordnet ist und die Temperaturänderungen des in der Nebenheizfläche strömenden Mittels zu Regelzwecken für den Kessel benutzt werden.