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Vorrichtung zur Regelung der Kondensatwassermenge für Dampfkraftanlagen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Kondensatwassermenge für
Dampfkraftanlagen, bei der ein in die Druckleitung vom Kondensator zum Kondensatsammelbehälter
eingeschaltetes Mengensteuerorgan einen Umschaltschieber steuert, so daß Wasser
aus der Druckleitung in die Umlaufleitung nach dem Kondensator zurückfließt. Bei
derartigen Vorrichtungen wird das Wasser aus dem Kondensator in die Vorrichtung
gepumpt, nachdem es vor Erreichen dieser Vorrichtung die Kondensation des Dampfes
in den Dampfstrahlsaugerkondensatoren bewirkt hat. Es fließt aus der zwangläufg
gesteuerten Öffnung der Umlaufleitung als Teilstrom A in den Kondensator zurück
bzw. aus dem sich selbst einstellenden Mengensteuerorgan als Teilstrom Bin den Kondensatsammelbehälter.
Die Menge QA des Teilstromes A wird im Kreislauf wieder über die Dampfstrahlsauger
zur Steuerungsvorrichtung zurückgefördert, usw.
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Bei diesen Kondensationsanlagen ist es wichtig, daß von einer bestimmten
Maschinenbelastung ab die im Kreis umgepumpte Kondensatmenge QA zu Null wird.
Anderenfalls wird die in den Dampf strahlsaugern aufgenommene und an das Kondensatorkühlwasser
abgegebene Wärmemenge so groß, daß sich dieser Verlust auf den Gesamtwirkungsgrad
der Anlage fühlbar auswirkt. Bei zu großen umgepumpten Mengen QA tritt des weiteren
eine unerwünschte Unterkühlung des Kondensats ein. Insbesondere muß bei kleineren
Dampfkraftanlagen der zwangläufig gesteuerte Umschaltschieber möglichst schnell
die Umlaufleitung zum Kondensator schließen, um zu erreichen, daß schon bei einer
Teilbelastung der Maschine eine dieser Teilbelastung entsprechend große Menge Q$
dem Kessel und damit der Gesamtanlage wieder zugeführt werden kann.
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Eine solche Vorrichtung bildet die Erfindung. Die Erfindung besteht
darin, daß ein durch an sich bekannte Ventilteile gebildeter Durchflußspalt zum
Kondensatsammelbehälter bei Nullstellung des Mengensteuerorgans offenbleibt und
der mit dem Mengensteuerorgan verbundene Umschaltschieber von einer bestimmten Durchflußmenge
ab, die durch die Belastung der Dampfkraftanlage festgelegt ist, die Umlaufleitung
zum Kondensator schließt, wobei Mengensteuerorgan und Umschaltschieber nur in Richtung
der Druckleitung in Abhängigkeit von der Durchflußmenge von dieser bewegt werden.
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Dadurch wird verhindert, daß der Kondensatspiegel im Kondensator während
des Anfahrens oder während einer schwachen Belastung der Anlage zu stark absinkt.
Der Kondensatpumpe und den eventuell nachgeschalteten Dampfstrahlsa,ugern steht
somit immer genügend Kondensat zur Verfügung. Durch dieselbe Bewegungsrichtung von
Menge:nsteuerorgan und Umschaltschieber wird in einfachster Weise eine genaue Abhängigkeit
zwischen den Durchflußmengen QA und Q$ erzielt.
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Durch Anbringen einer auf einer geeichten Skala arbeitenden und nach
außen führenden Anzeigevorrichtung an einem der die geradlinige Bewegung ausführenden
Teile oder durch Sichtbarmachung des Teiles selbst (z. B. Schauglas mit Skala) kann
diese Abhängigkeit jederzeit während des Betriebes kontrolliert werden, wobei diese
Vorrichtung auch Regel- oder Steuerimpulse für die Vorrichtung gemäß der Erfindung
oder z. B. für die Ko-ndensatpumpe geben kann.
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Das Mengensteuerorgan besteht im wesentlichen aus einer in einer Öffnung,
die teilweise divergierend ausgebildet ist, sich in Richtung der Strömung bewegenden
Platte.
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Als Grundlage für die Berechnung der Durchflußquerschnitte F bei verschiedenen
Plattenhüben dient unter anderem der Zusammenhang zwischen dem Wirkdruck (Druckabfall
zwischen den Stellen vor und unmittelbar hinter dem Durchflußquerschnitt F für den
Teilstrom B) und der Durchflußmenge Q$ (z. B.
für Flüss.: Q$ = const
a F l/ä p, ). Bei Annahme eines für alle Plattenstellungen geltenden mittleren
Durchflußbeiwertes a gibt es wegen des Gleichgewichtes zwischen der auf die Platte
wirkenden Kräfte und dem Gewicht G der beweglichen Teile, wie Platte, Umschaltschieber
usw., für eine bestimmte Durchflußmenge Q$ einen ganz bestimmten Durchflußquerschnitt
F. Letzterer bestimmt somit.also die Stellung
der Platte und damit
den Öffnungsgrad der zwangläufig gesteuerten Umschaltv orrichtung. Am genauesten
und einfachsten können die für bestimmte Durchflußmengen QB gewünschten Plattenstellungen
(-hübe) vorher berechnet werden, wenn die im feststehenden Teil befindliche Öffnung
von einer Fläche- begrenzt wird, die, in Richtung .des Teilstromes B gesehen, divergiert
und deren Steigung dementsprechend bemessen ist. Für den jeweils bei einer gewünschten
Durchflußmenge QB gewünschten Plattenhub wird auf der Grundlage des konstanten Plattenaußendurchmessers
der auf der gleichen Höhe wie die Platte liegende Durchmesser der Öffnungsbegrenzungsfläche
berechnet.
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Um vor dem Bau der Vorrichtung durch Berechnung genau die Durchflußmenge
QB', von der ab die zwangläufig gesteuerte Um-schaltvo.rrichtung für Durchfluß vollkommen
gesperrt ist, festzulegen, wird die Steigung der Begrenzungsfläche entsprechend
bemessen, d. h., der Durchmesser der Begrenzungsfläche an einer gewünschten Stelle
dieser Fläche erhält durch Berechnung eine solche Größe, daß im Falle der Stellung
der Platte in Höhe dieser Stelle oder in irgendeiner anderen gewünschten Höhe durch
den Durchflußquerschnitt die Menge Q$ fließt. Die Sperrung der zwangläufig gesteuerten
Umschaltvorrichtung bleibt bis zum Erreichen des maximalen Plattenhubs Hmax, dessen
Größe der maximalen Durchflußmenge QBmax entspricht, aufrechterhalten. Die Mengen
QB und QBmax und die entsprechenden Hübe der Platte können auch zusammenfallen,
so daß erst bei Erreichen des Hubes Hm°x die zwangläufig gesteuerte Absperrvorrichtung
vollkommen geschlossen ist. Die Begrenzungsfläche der Öffnung besitzt vorzugsweise
einen Austrittsdurchmesser d2 von der Größe, bei der die gewünschte Menge Q$ durch
den Ringspalt strömt, wenn sich die auf der Einströmseite liegende Kante der Platte
auf gleicher Höhe mit der Austrittskante der Begrenzungsfläche befindet.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist so eingerichtet, daß jedem
Hubweg der Platte vorzugsweise der gleiche Hubweg des absperrenden Teiles der Absperrvorrichtung
zugeordnet ist. Letzterer kann aber auch durch irgendeine über- oder Untersetzung
festgelegt werden.
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Die zwangläufig arbeitende Umschaltvorrichtung besteht aus einem seitlich
durchbrochenen Führungsgehäuse, um dessen Durchbrüche herum das den Teilstrom A
fortleitende Rohr oder deren mehrere befestigt sind, und einem in dem Gehäuse gleitenden,
für den Durchfluß mit einer Langlochquerbahrung oder deren mehrere versehenen Umschaltschieber.
Die Umschaltschieberbohrung oder deren mehrere können auch irgendeine andere Form
besitzen. Zweckmäßig ist es, entweder diesen Bohrungen oder dein Führungsgehäusedurchbruch
eine solche Form zu geben, daß die zwangläufig gesteuerte Umschaltvorrichtung eine
ganz bestimmte gewünschte Schließungs- bzw. Öffnungscharakteristik besitzt. So verläuft
dann z. B. das Abfallen der Menge QA bei ansteigender Menge QB während des Schließvorganges
der zwangläufig gesteuerten Umschaltvorrichtung längs einer ganz bestimmten Kurve,
die vor der Anfertigung der Vorrichtung berechnet wird. Dem sich selbst einstellenden
Mengensteuerorgan kann eine nur das Rückströmen des Mediums verhindernde Rückschlagklappe
nachgeschaltet werden.
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Bei großen Ausführungen, bei denen das Gewicht G der beweglichen Teile
oft zu gering ist, kann gemäß der Erfindung beim Hub Null und/oder bei jedem zwischen
H = 0 und H = Hmax liegenden Hub zusätzlich zu der von den beweglichen
Teilen, wie Kolbenschieber, Platte usw., der Vorrichtung herrührenden Gewichtskraft
in gleicher Richtung eine Federkraft wirksam sein. Vorzugsweise befindet sich in
einem solchen Fall auf dem Umschaltschieber eine Spiralfeder, die einerseits an
einem am Ende des Umschaltschiebers befindlichen Bund und andererseits an der Stirnfläche
des Führungsgehäuses anliegt. Bei liegenden Ausführungen ist die Federkraft allein
wirksam. Bei Verwendung einer Druckfeder, die obengenannter Art und Weise eingebaut
ist und in der Nähe der Eintrittsöffnung der Vorrichtung gemäß der Erfindung liegt,
ist der Hub H"max durch die vollkommene Zusammendrückung der Feder bestimmt.
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In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel gemäß der
Erfindung dargestellt.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung in Nullstellung
des Mengensteuerorgans, während Fig. 2 den Durchflußquerschnitt F in verschiedenen
Stellungen in vergrößertem Maßstab darstellt.
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Das sich selbst einstellende Mengensteuerorgan besteht aus einer in
einem feststehenden Einsatz 1 hefindlichen kreisrunden Öffnung 2 und einer Platte
3, die senkrecht zur Eintrittsöffnungsebene 4 durch den im Führungsgehäuse 5 gleitenden
Umschaltschieber 6 geführt wird. Der Umschaltschieber 6 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel
mit der Platte 3 fest verbunden. Der Einsatz 1 ist in das Gehäuse 7 der Vorrichtung
eingesetzt. Die Öffnung2 kann sich auch im Gehäuse? selbst befinden. Die Öffnung
2 wird von einer Fläche 8 begrenzt, die, in Richtung des Durchflusses des Teilstromes
B gesehen, divergiert. Die Fläche 8 geht auf der Eintrittsseite 9 in eine Zylinderfläche
10 mit der Höhe h über. Zwischen dem Außenumfang 11 der Platte 3 mit dem Durchmesser
dl und der Öffnungsbegrenzungsfläche, im Ausführungsbeispiel der Zylinderfläohe
10, befindet sich der Durchflußringspalt 12. Der zur Eintrittsöffnungsebene 4 senkrechte
Abstand zwischen der Eintrittskante 13 und der Austrittskante 14 der Öffnungsbegrenzungsfläche
8, 10 ist mit a bezeichnet. 15 ist die Austrittsöffnungsebene, die parallel zur
Eintrittsöffnungsebene 4 liegt. Mit F ist der kegelstumpfförmige Mediumdurchflußquerschnitt
bezeichnet. Für die Berechnung kann F - F. gesetzt werden. H ist irgendein
Hub der Platte und H' der der Menge QB entsprechende Hub, wobei QB'
in
diesem Falle durch den Ouerschnitt F' strömt, wenn sich die auf der Einströmseite
liegende Kante 16 der Platte 3 auf der gleichen Höhe mit der Austrittskante 14 der
Fläche 8 befindet. Hmax ist der maximale Plattenhub entsprechend der maximalen Menge
Qmax, der durch einen am Ende des Kolbenschiebers 6 befindlichen Anschlag 21 begrenzt
wird. Mit d2 ist der Durchmesser der Austrittskante 14 bezeichnet.
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Die zwangläufig gesteuerte Umschaltvorrichtung besteht aus dem durchbrochenen
Führungsgehäuse 5 und dem in ihm gleitenden Umschaltschieber 6 mit den Langlochfluerbohrungen
17, die auf dem gesamten Umfang des Schiebers 6 verteilt sind. Als Steuerkante dient
die obere ringförmige Kante einer im Innern des Führungsgehäuses 5 befindlichen
Ausdrehung, die sich mindestens über die Länge der Langlochquerbohrungen 17 erstreckt.
Diese Ausdrehung hat ferner den Zweck, das Medium aus allen Langlochquerbohrungen
ungehindert in die beiden, jeweils die Menge QA/2 fortleitenden Rohre 18 und 19
treten zu lassen. Die Rohre 18 und 19 werden außerhalb der Vorrichtung zu einem
die Menge QA weiterleitenden Rohr zusammengefaßt.
Mit 20 ist die
eventuell verwendete Schraubendruckfeder bezeichnet, die zwischen dem Bund 2111
des Kolbenschiebers 6 und der Stirnfläche 22 des Führungsgehäuses 5 liegt. 23 ist
die Eintrittsöffnung der Vorrichtung.