Vorrichtung zur Regelung von Dampferzeugern. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung von Dampferzeugern, insbeson dere von solchen, bei denen das Arbeitsmit tel in einem fortlaufenden Rohrsystem ver dampft wird, und besteht darin, dass die Re gelung sowohl in Abhängigkeit von der pro Zeiteinheit sich einstellenden Änderung einer Betriebsgrösse, beispielsweise der Änderung der Temperatur des Arbeitsmittels, als auch in Abhängigkeit von der Höhe einer Be triebsgrösse, beispielsweise von der Höhe der Temperatur des Arbeitsmittels erfolgt.
Die Regelung kann von einem einzigen Organ oder auch von zwei getrennten Orga nen ausgeführt werden, von denen jedes eine Funktion übernimmt. Gegebenenfalls können die die Funktionen getrennt übernehmenden Organe auch getrennte andere Regelorgane beeinflussen. Zur Regelung kann ein Stell organ vorgesehen sein, das sowohl in Ab hängigkeit von der pro Zeiteinheit sich ein stellenden Änderung einer Betriebsgrösse, beispielsweise der Änderung der Temperatur des Arbeitsmittels, als auch in Abhängigkeit von der Höhe einer Betriebsgrösse, beispiels weise von der Höhe der Temperatur des Ar beitsmittels, beeinflusst wird.
Die Erfindung geht davon aus, dass eine Regelungsvorrichtung, die nur in Abhängig keit von der pro Zeiteinheit sich einstellen den Temperaturänderung beeinflusst wird, nicht genügt, um in einem Dampferzeuger genannter Art Betriebsschwankungen zu verhindern, das heisst die Regelungsvorrich tung wird unwirksam, sobald die Dampf temperatur sich nicht mehr ändert bezw. auf einer unveränderlichen Höhe bleibt, mit an dern Worten, es stellt sich im Rohrsystem irgend ein nicht gewünschter Beharrungszu stand ein,
bezw. der Absolutwert der Dampf temperatur zum Beispiel am Austritt au dem Kessel kann daher auf einen bestimmten Mittelwert nicht festgelegt werden.
Gemäss der Erfindung wird gegenüber einer Regelung, welche zum Beispiel nur auf Grund der Temperaturänderung pro Zeitein heit erfolgt, der Vorteil erreicht, dass zum Beispiel die Temperatur des Dampfes am Austritt aus dem Kessel zur Rückführung des Dampftemperaturzustandes auf den ge wünschten Beständigkeitswert mitherangezo- gen werden kann, mit andern Worten zur Fixierung der gewünschten Beharrungstem- peratur Verwendung findet.
Die Erfindung ist anhand einiger Aus führungsbeispiele auf der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm des Tempera- turverlaufes und der abgeleiteten Regel impulse; Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Regelung durch zwei getrennte Organe übernommen wird, die sowohl für sich allein auf getrennte Regelorgane, als auch auf ein gemeinsames Regelorgan wir ken; Fig. 3 stellt eine andere Ausführungs möglichkeit eines Organes nach Fig. 2 dar, schliesslich veranschaulicht Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Regelung über ein einziges Organ er folgt.
Als Abszisse ist in den Diagrammen nach Fig. 1 die Zeit z und als Ordinate im ersten Diagramm die Temperatur T = f (z) und der entsprechende Regelweg<I>w = a . T,</I> im zweiten Diagramm die erste Ableitung der Temperatur nach der Zeit
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und der entsprechende, davon abgeleitete Regel weg
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und schliesslich im dritten Diagramm die Überlagerung der beiden Regelwege<I>w</I> -f- zv' <I>= a</I> # T-@--
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nach dem ersten und zweiten Diagramm auf getragen.
Als Nullpunkt ist der Anfang einer Temperaturerhöhung von einem Be- ständigkeitswert To auf einen Höchstwert T, gewählt. Die Regelwege sind ausgehend von einer mittleren Regellage wo aufgetragen.
Die Kurve T - f (z) zeigt das: Ansteigen der Temperatur bei irgendwelchen Betriebs veränderungen, der in Abhängigkeit von der Temperaturhöhe gegebene Temperaturimpuls verläuft zu dieser Temperaturänderung pro- portional. Seine schaubildliche Darstellung deckt sich, wie in der Zeichnung dargestellt, bei geeigneter Wahl des Massstabes für die Regelwege mit dem Schaubild der Tempera tur. Die Änderung pro Zeiteinheit der Tem peratur verläuft bei dieser Temperaturände rung, wie durch die zweite Kurve
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dargestellt, für das.
Ansteigen der Tem peratur vom Beständigkeitswert T, bis zum höchsten Punkt A1 positiv, während beim darauffolgenden Absteigen bis zum ursprüng lichen Beständigkeitswert diese Funktion negativ verläuft. Der von der Temperatur änderung pro Zeiteinheit abgeleitete Regel impuls verläuft zu den Werten dieser Funk tion direkt proportional, wiederum können die beiden Kurven bei geeigneter Wahl der Massstäbe, wie in der Fig. 1 dargestellt, zur Deckung gebracht werden.
Diese beiden durch die Kurven w und w' dargestellten Regelwege können nun, wie durch die dritte Kurve w + w' gezeigt, ein ander überlagert werden. Der Punkt des höchsten Ausschlages A2 tritt um die Zeit z, früher ein als der Punkt A1 des höchsten Ausschlages bei den Regelwegen w, welche in Abhängigkeit von der Höhe der Tempera tur gegeben werden. Dadurch werden die Änderungen der Dampftemperatur bedeu tend rascher gebremst und der Beharrungs zustand in kürzerer Zeit wieder erreicht, so dass aus Regelverzögerungen entstehende Temperaturpendelungen vermieden werden.
Aus Fig. 1 ist zu entnehmen, dass der höchste Ausschlag für die Kurve w' wohl noch etwas früher auftritt als der höchste Ausschlag der Kurve<I>w</I> ;- <I>w'</I> (Punkt A2). Die für die Kurve w -f- w1 gegenüber 2v' ein tretende Verzögerung kann aber ruhig in Kauf genommen werden, da dadurch der in der Einleitung der Beschreibung erwähnte Nachteil behoben wird, indem eine Festle gung der gewünschten Beharrungstemperatur ermöglicht ist.
Dem in Fig. 2 dargestellten Dampf erzeuger wird das flüssige Arbeitsmittel durch die Leitung 1 zugeführt, in dem fort laufenden Rohrsystem 2 verdampft, über hitzt und schliesslich durch die Leitung 3 an die Verbrauchsstellen geführt. Die Feue- rungsvorrichtung 4 erzeugt die zur Behei- zung des Rohrsystems notwendige Wärme, die bei der Verbrennung entstehenden Rauch gase strömen durch den Kanal 8 an weitere Verbrauchsstellen oder unmittelbar ins Freie.
Für die Temperaturregelvorrichtung sind zwei Temperaturaufnehmerorgane 32 und 33 vorgesehen, von denen das eine ein Regel organ 11 und das zweite ein weiteres Regel organ 34 beeinflusst. Die Regel- bezw. Steuervorrichtung 11 wird in Abhängigkeit von der pro Zeiteinheit auftretenden Tempe raturänderung beeinflusst, indem die Länge des haarnadelförmigen Rohrbogens des Tem peraturaufnehmers 32 sich bei einer Tempe raturerhöhung auf das gestrichelt angedeu tete Mass vergrössert,
wobei durch das Ge stänge 10 der im Zylinder des ein Impuls geberorgan bildenden Regelorganes 11 be findliche Kolben 12 in die gestrichelte Lage 12a verschoben wird.
Entsprechend verkürzt sich dieser haar nadelförmige Rohrbogen, wenn die Tempera tur sinkt, der Kolben 12 bewegt sich dabei nach links. Die beiden Seiten des Zylinders des Regelorganes 11 sind durch eine Leitung 13 untereinander verbunden. Der Durchfluss- querschnitt für die Leitung 13 lässt sich durch das eingeschaltete Drosselventil 14 auf einen gewünschten Wert einstellen. Durch die Leitung 15 kann eine Flüssigkeit, gegebenenfalls auch ein. Gas, unter Druck zugeführt werden.
Durch den Kolben 12 wird in der Leitung 16 bei Temperatur erhöhungen eine Druckerhöhung und um gekehrt bei Temperaturerniedrigungen eine Druckerniedrigung eingestellt.
Der Temperaturaufnehmer 3,3 wirkt durch das Gestänge 35 auf die Feder 36, welche auf dem Kolben 37 aufruht. Von der entgegengesetzten Seite wirkt der im Raum 38 herrschende Druck des Steuermittels auf den Steuerkolben 37. Bei einer Temperatur erhöhung verlängert sich der Haarnadel bogen des Temperaturaufnehmers 33, wo durch die Feder 36 in erhöhtem Mass ge spannt und der Kolben 37 nach rechts ver schoben wird. Dadurch wird für das Steuer mittel der Weg aus der Leitung 39 in den Raum 38 frei, wodurch in diesem sich ein erhöhter Druck einstellt, welcher den Kolben 3 7 nach links verschiebt, bis die aus der Lei tung 39 in den Raum 38 führende Öffnung durch den Kolben 37 wieder abgedeckt ist.
Ein entsprechender Vorgang stellt sich ein bei einer Temperaturverminderung, wo bei die Feder 36 entlastet, der Kolben 3 7 nach links verschoben und dadurch die Ablauf leitung 40 freigegeben wird. Das im Raum 3'8 befindliche Steuermittel kann nun ab fliessen, wodurch dessen Druck so lange ver mindert wird, bis der verminderte Steuer mitteldruck dem verminderten Druck der entspannten Feder wieder Gleichgewicht hält.
Das Regelorgan 11 ist in der Weise an geordnet und ausgebildet, dass, der von ihm erteilte Steuerimpuls direkt proportional mit. der pro Zeiteinheit stattfindenden Änderung der Temperatur des durch den Temperatur aufnehmer 32 strömenden Arbeitsmittels ist. Dieser Impuls kann nun durch die Leitung (41) auf irgendwelche weiter nicht gezeich nete Steuerorgane zur Veränderung der Speiseflüssigkeitsmenge oder zur Verände rung der Feuerintensität weitergeführt wer den. Der durch das Regelorgan 34 erteilte Impuls steht dagegen in direktem proportio nalem Verhältnis zur Höhe der Temperatur und kann als solche auf ebenfalls nicht gezeichnete Regelorgane einwirken.
Zweckmässig wirken beide, die eingangs erwähnten Regelorgane bildenden Organe auch noch auf eine Steuervorrichtung 43 ein, indem zum Beispiel das Regelorgan 11 durch die Leitung 44 auf eine Fläche 45 des Stufenkolbens 46 und die Steuervorrichtung 34 durch die Leitung 47 auf die Ringfläche 48 des Stufenkolbens einwirkt. Der Druck, welcher auf die Flächen 45 und 48 des Stu- fenkolbens 46 ausgeübt wird, hält dem von unten auf diesen Kolben ausgeübten Druck des Steuermittels im Raum 49 das Gleich gewicht.
Sobald der Steuermitteldruck dem von den Impulsgeberorganen zugeführten Druck nicht mehr Gleichgewicht halten kann, wird der Kolben 46 nach unten gedrückt und die Öffnung für die Leitung 50 freigelegt, so dass frisches Steuermittel zufliessen kann. Umgekehrt wird für den Fall, dass der Steucrmitteldruck grösser ist, als der auf die Flächen 45 und 48 ausgeübte Druck der Kol ben 46 nach oben gedrückt und eine Verbin dung zwischen dem Zylinderinnern und der Ablaufleitung 51 hergestellt, so dass das zu viel im Raum 49 befindliche Steuermittel in den Ablauf fliessen kann.
Das im Raum 49 befindliche Steuermittel kann zur Über tragung eines aus den beiden durch die Steuervorrichtungen 11 und 34 gegebenen Impulsen zusammengesetzten Impuls verwen det werden, der durch die Leitung 52 an irgendwelche nichtgezeichnete Regelorgane geführt wird.
Die Ptegelleitungen.41, 42 und 52 können beispielsweise in geeigneter Weise mit den Feuerungsorganen, den Brennstofförderor- ganen, den Förderorganen für Verbrennungs luft, den Speiseorganen, den Organen für die Zuführung von zusätzlichem Arbeitsmit tel oder ähnlichen andern, den Zustand im Erzeuger beeinflussenden Organen, verbun den werden.
Das in Fig. 2 eingezeichnete Tempera turaufnehmerorgan 32 kann anstatt unmit telbar auf das Steuerorgan 11 auch mittelst Übertragung über eine Steuervorrichtung 53 und einen Servomotor 54 (Fig. 3) auf erste res einwirken, um die Stellkräfte nicht mehr unmittelbar auf den Temperaturaufnehmer selber wirken zu lassen. Zu diesem Zweck ist der Haarnadelbogen des Temperaturauf- nehmerorganes 32 mittelst eines Gestänges 55 mit dem auf einem festen Lager 56 gela gerten Hebel 57 verbunden.
Ein Ende des Hebels 57 steht mittelst eines. Gestänges 58 mit dem Rückführhebel 59 in Verbindung, der am einen Ende an den Steuerschieber 60 der Steuervorrichtung 53 und am andern Ende an dem Gestänge 10 des im Servomotor 54 befindlichen Kolbens 61 angelenkt ist.
Tritt eine Temperaturerhöhung ein, so verlängert sich der Haarnadelbogen des Tem- peraturaufnehmerorganes 32, der Hebel 57 wird nach rechts gedrückt und der Hebel 59 dreht sich um den vorläufig noch festen Drehpunkt am Gestänge 10 ebenfalls nach rechts, so dass auch der Steuerschieber 60 nach rechts bewegt wird. Bei dieser Bewe gung entsteht zwischen der Zuleitung 62 für Steuermittel und der Leitung 6,3 eine Ver bindung, so dass unter dem Druck des zu fliessenden Steuermittels der Kolben 61 nach rechts bewegt wird und einen Impuls erteilt, der der Temperaturänderung pro Zeiteinheit proportional gemacht wird.
Gleichzeitig wird durch den Hebel 95 diese Steuerbewe gung wieder rückgeführt, so dass der Servo motor nicht gleich in seine Endlage gerät.
Ein ähnlicher Steuervorgang, jedoch mit umgekehrten Bewegungsvorrichtungen stellt sich bei einem Sinken der Dampftemperatur ein, wodurch das links vom Kolben 61 be findliche Steuermittel in die Ablaufleitung 64 austreten kann.
Beide Regelorgane, sowohl das, welches die Impulse in Abhängigkeit von der Höhe der Temperatur, wie auch das, welches die Impulse in Abhängigkeit von der pro Zeit einheit sich einstellenden Temperaturände rungen erzeugt, können durch ein gemein sames Temperaturaufnehmerorgan 65 (Fig. 4) beeinflusst werden. Dieses wirkt zunächst mittelst des Gestänges 35 auf eine Steuervor- richtung 34, indem die den Kolben 87 be lastende Feder 36 mehr oder weniger ge spannt wird.
Dabei ändert sich in gleicher Weise mit der Erhöhung bezw. der Erniedri gung des Federdruckes durch Zuführung durch die Leitung 39 bezw. Abführung durch die Leitung 40 der im Raum 38 herr schende Steuermitteldruck. Dieser Druck überträgt sich durch die Leitung 16 auf das Steuerorgan 17. Bei einer Temperaturerhö- hung des Dampfes und der daraus sich er gebenden Druckerhöhung im Raum 88 wird der Steuerschieber 18 angehoben und um gekehrt bei einer Temperaturerniedrigung gesenkt.
Durch das Anheben des Steuer schiebers 18 wird auch der Servomotorkolben 24 im Servomotor 23 angehoben, indem aus der Leitung 20 durch die Leitung 22 Steuer mittel unter diesen Kolben geführt wird. Im umgekehrten Fall, beim Sinken des Steuer schiebers 18 strömt die Steuerflüssigkeit aus dem Zylinder des Servomotors. 2;3 durch die Leitung 22 in. die Ablaufleitung 21, wodurch der Servomotorkolben 24 sinkt.
Die Steuer bewegungen des Servomotorkolbens 24 kön nen durch ein Gestänge 25 auf irgendwelche nichtgezeichnete Regelorgane übertragen werden, welche somit nach Massgabe der Höhe der Temperatur des durch den Tempe raturaufnehmer 65 strömenden Arbeitsmit tels verändert werden.
Mittelst des Hebels 27 kann die Regel- bewegung durch Spannen oder Entspannen der Feder 19 rückgeführt werden, um unzu lässige Pendelungen zu vermeiden. Durch die Rückführung 27, 19 soll der Hub des Servomotorkolbens 24 derart eingestellt wer den, dass er proportional der Temperatur erhöhung im Temperaturaufnehmer 65 bezw. der dadurch bewirkten Druckerhöhung im Raum 38 ist.
Aus dem obern Zylinderraum<B>H</B> des Servomotois 23 kann durch die Leitungen 67, 68 auf einen weiteren Steuerschieber 69 einer Steuervorrichtung 70- ein Impuls aus geübt werden, welcher proportional der pro Zeiteinheit sich einstellenden Temperatur änderungen verläuft. Bei Zunehmen der Temperatur des Arbeitsmittels wird im Raum 66 der Druck durch Verdrängen des Steuermittels durch das Drosselorgan 71 in die Leitung 72 erhöht, wodurch auch der Steuerschieber 69 angehoben wird. Das aus der Leitung 73 zugeführte Steuermittel fliesst durch die Leitung 75 in den Servomotor 76 und hebt dadurch den Servomotorkolben 77 an.
Diese Steuerbewegung wird durch das Gestänge 78 auf hier nicht gezeichnete Regelorgane übertragen. Um Pendelungen zu vermeiden, kann diese Steuerbewegung durch den Hebel 79 und die Feder 80 wieder rück geführt werden. Durch diese Rückführung wird der Hub des Servomotorkolbens 77 pro portional der zeitlichen Änderungsgeschwin digkeit der Temperatur bezw. der da durch bewirkten Druckveränderung
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in der Leitung 68.
Die von den Servomotoren 23 und 76 ein geleiteten Regelbewegungen können mit Hilfe des Hebels 90 zusammengefasst und auf ein einziges nicht gezeichnetes Organ geleitet werden.
Die Regelung des Dampferzeugers kann sowohl durch Überlagerung der Impulse, als auch durch Überlagerung der Wirkung er folgen, das heisst die Öldrücke, die propor tional der zeitlichen Temperaturänderung
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und proportional der Temperatur T sind, werden einerseits so verwendet, dass sie zu sammen addiert werden, anderseits bei Über lagerung der Wirkungen kann von einem Impuls zum Beispiel eine Speisepumpe ge- steuert werden, vom andern Impuls eine zweite, zum Beispiel zur ersteren parallel ge schaltete Speisepumpe.
Zur Beeinflussung der Regelvorrichtung kann ausser der Temperatur des Dampfes beispielsweise der Druck, die Arbeitsmittel- menge, die Strömungsgeschwindigkeit, die Feuerintensität, die Strahlung der Feuerung, die Leistung oder andere Grössen der Kraft maschine oder der von ihr betriebenen Ar beitsmaschine herangezogen werden.
Ausser dem können die beiden Organe (Fig. 2 und 3) auch von voneinander unabhängigen Be triebsgrössen beeinflusst werden, so kann bei spielsweise das eine Organ von der Höhe der Temperatur und das andere von der in der Zeiteinheit sich einstellenden Änderung eines Druckes- beeinflusst werden.