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Wasserstandsregler und Wassermangelsicherung für Kesseltrommeln mit
Elektroden Die Erfindung betrifft einen Wasserstandsregler und eine Wassermangelsicherung
für Kesseltrommeln mit in einem mit der Kesseltrommel verbundenen Gehäuse
isoliert angeordneten und auf die verschiedenen Höhen der einzuhaltenden Wasserspiegel
derart eingestellten Elektroden, daß durch die Elektrodenstenerstromkreise die Wasser-
und Brennstoffzufuhr ge#-schaltet wird.
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Bekannterweise wird der Wasserstand durch eine Speisepumpe gehalten,
die je nach Dampfentnahme aus dem Kessel ein- oder abgeschaltet wird. Die
Steuerung der Speisepumpe erfolgt dabei durch Schwimmerschalter, die durch den wechselnden
Wasserstand betätigt werden, oder auch durch Elektrodenschalter, die in üblicher
Weise durch einen mit dem Wasserstand in der Trommel kommunizierenden Schaltspiegel
beeinflußt werden. Diese Vorrichtungen sind aber störanfällig, da sich in den Verbindungen
der Kesseltrommel zu den kommunizierenden Schaltspiegeln und in den Schalteinrichtungen
selber wegen der geringen Wasserbewegung in diesen der im Wasser enthaltene Schlamm
und sonstige Verunreinigungen vorzugsweise absetzen.
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Bei einem bekannten Wasserstandsregler für Dampfkessel kann mittels
einer elektronischen Steuerung ein bestimmter Wasserstand in dem Kessel eingehalten,
das Erreichen eines bestimmten zweiten, niedrigeren Wasserstandes angezeigt und
die Brennstoffzufuhr unterbrochen werden, wenn der Wasserstand unter eine dritte,
untere Grenze fällt. Dazu sind in einen senkrecht angeordneten rohrförmigen Behälter,
der mit dem Dampfkessel kommuniziert, von der Seite her in gleichen Abständen drei
waagerecht angeordnete Elektroden eingeführt, die über je einen elektronischen
Verstärkerkreis mit elektrischen Relais verbunden sind. Dabei ist die obere Elektrode
einem Speiseventil für Wasser zugeordnet, das normalerweise geschlossen ist und
nur beim Auftauchen der oberen Elektrode aus dem Wasser geöffnet wird. Die mittlere
Elektrode ist mit einem optischen oder akustischen Signalgeber verbunden, der in
Tätigkeit tritt, wenn die mittlere Elektrode aus dem Wasser auftaucht. Der unteren
Elektrode ist ein Brennstoffspeiseventil zugeordnet, das normalerweise geöffnet
ist, um die Dampfkesselfeuerung mit dem notwendigen Brennstoff zu versehen, und
nur geschlossen wird, wenn das Wasser im Kessel die vorbestimmte untere, gefährliche
Grenze erreicht. Beim Steigen des Wassers in dem Behälter sprechen die verschiedenen
Relais bei Erreichen der jeweiligen zugehörigen Elektrode in umgekehrter Reihenfolge
an, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Wasserstandsregler und einer
Wassermangelsicherung für Kesselanlagen die Störanf älligkeit gegen Verschmutzung
und Verschlammung zu vermindern. So ist beispielsweise bei dem oben beschriebenen
bekannten Wasserstandsregler die Wasserbewegung in dem senkrecht angeordneten rohrförinigen
Teil so gering, daß sich. der im Wasser befindliche Schlamm und sonstige Verunreinigungen
an den seitlich angeordneten Elektroden absetzen können.
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Um das zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die in bekannter
Weise in ihrer Länge auf die verschiedenen Höhen der einzuhaltenden Wasserspiegel
abgestimmten Elektroden innerhalb der Kesseltrommel oder in dem mit der Kesseltrommel
verbundenen Gehäuse anzuordnen und von einer oder mehreren nach unten offenen und
etwa bis in Höhe des oberen Betriehswasserstandes siebartig ausgebildeten, in bekannter
Weise als Gegenpol der Elektroden dienenden Tauchhüllen zu umgeben. Dabei ist von
Vor-teil, daß die Elektroden und die Tauchhüllen fortdauernd von eventuellen Schlamm-
oder Salzablagerungen freigespült werden.
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Bei der gewählten Ausführungsform sind drei verschieden lange Elektroden
vorgesehen, die in die Kesseltrommel oder in das mit ihr verbundene Gehäuse hineinragen.
Der Steuerstromkreis der kürzesten Elektrode regelt den oberen Betriebswasserstand.
Taucht diese in das Wasser ein, so wird ihr Stromkreis geschlossen und dadurch die
Speisepumpe abgeschaltet. Letztere wird erst wieder eingeschaltet, wenn der Wasserstand
so weit abgesunken ist, daß auch die nächstlängere Elektrode aus dem Wasser auftaucht,
wodurch deren Steuerstromkreis unterbrochen wird.
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Zwischen diesen beiden Stellungen pendelt das Kesselwasser normalerweise
hin und her. Der Steuerstromkreis
der längsten Elektrode betätigt
die Wassermangelsicherung für den Fall, daß das Kesselwasser unter den niedrigstzulässigen
Stand absinkt. Dann ist auch deren Stromkreis unterbrochen, die Brenner werden
abgeschaltet und die- Signalgeber eingeschaltet, bis das Wasser wieder genügend
hoch gestiegen ist. Die Elektrodensteuerstromkreise betätigen über Spulen Schalter,
welche die Stromkreise der Speisepumpe, der Brennerautorriatik -und der Signalgeber
öffnen oder schließen.
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In den Elektrodensteuerstromkreisen bilden die Tauchhüllen in bekannter
Weise den Gegenpol zu den Elektroden. Der untere Teil der Tauchhüllen ist vorzugsweise
bis etwa in Höhe des oberen Betriebswasserstandes siebartig ausgebildet. Die Tauchhüllen
bewirken dadurch eine Dämpfung des in ihnen pulsierenden Wasserspiegels, der gegenüber
den Schaltspiegeln in den bekannten,- außerhalb der Trommel liegenden kommunizierenden
Schalteinrichtungen ungleich stärker durch Wallungen und Schwankungen beunruhigt
ist. Die durch -die Tauchhüllen bewirkte Dämpfung ist normalerweise völlig genügend,
die Schaltspiegel in gewünschter Weise ruhig zu halten. Bei Kesseln mit Neigung
S-U besonders starker Wallung des Kesselwassers wird die dämpfende Wirkung der Tauchhüllen
verstärkt durch die zusätzliche Anordnung einer an sich bekannten elektrischen Verzögerungsschaltung
an den-Spulen des Wasserstandsreglers und denen der Wassermangelsicherung, die den
Abschaltvorgang gewollt verzögert, um ein zu häufiges Ansprechen. der ..Steuerautomatik
zu verhindern.
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Die den verschiedenen Höhen der Schaltspiegel in ihrer Länge angepaßten
Elektroden werden in bekannter Weise leicht auswechselbar in entsprechende, innerhalb
der Kesseltrommel angebrachte Elektrodenbehälter eingesetzt, damit- durch Auswechseln
der Elektroden die Höhe der Schaltspiegel anderen -Betriebsbedingungen angepaßt-
werden kann. Dabei sind die Halter so ausgebildet,-daß sie bei Ausfall der Elektrode
selber die Funktion der Elektroden übernehmen, wobei dann der Schaltspiegel des
zugehörigen Steuerstromkreises- entsprechend angehoben wird.
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Die Speisepumpe wird mit normalern, dem Netz entnommenem Drehstrom
Üetrieben. Die Elektrodensteuerstromkreise arbeiten vorzugsweise mit Wechselstrom
niederer Spannung, der durch einen Transformator erzeugt wird.
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# Die automatische Schaltung der Speisepumpe zur Regelung des Wasserstandes
läßt sich auch »von Hand« betreiben. Beim Handbetrieb bleibt die vorgesehene automatische
Wassermangelsicherung in Tätigkeit, d. h., auch beim Handbetrieb ist es nur
dann möglich, die Brenner einzuschalten oder in Betrieb zu halten, wenn genügend
Wasser im Kessel vorhanden ist.
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Die Zeichnung stellt das Schaltschema eines Wasserstandsreglers und
einer Wassermangelsicherung für' Kesseltrommeln gemäß der Erfindung mit einem Wasserstand
in der Kesseltrommel dar, der zwischen dem niedrigstzulässigen Wasserstand und dem
unteren Betriebswasserstand liegt.
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An das. Drehstromnetz mit seinen drei Phasen R, S, T
und seinem Mittelpunkt- oder Nulleiter MP ist die Speisepumpe 32 angeschlossen.
Weiterhin sind an die Phase R des Drehstromnetzes die Stark:stromkreise für die
Wasserstandsregelung 50 bis 56 und die Wassermangelsicherung
60 bis 63 über eine Sicherung 31 angeschlossen. Im Drehstromnetz
sind weitere Sicherungen 31, der Hauptschalter 10, der Pumpenschalter
11 und ein 'Uberstrc>mrelais 20 zur Bedienung des Überstromschalters
16 vorgesehen. Die Leitungen der Elektrodenschwachstromkreise 70 bis
74 erhalten ihre Spannung vom Transformator 30. Sie werden je
nach
der Höhe des Wasserstandes in der Kesseltrommei oder dem Dampfabscheide- oder Ausdehnungsgefäß
36 über ihre Elektroden. E 1, E 2, E 3
und
die Tauchhülle 43 geschlossen und betätigen dann die Spulen 22, 23., 24 mit
den Schaltern 13, 14, 15.
Die Elektroden EI, E2, E3 sind verschieden
lang, entsprechend dem gewünschten oberen Betriebswasserstand oBW, dem unteren Betriebswasserstand
uBW und dem niedrigstzulässigen Wasserstand NTV. Sie sind leicht auswechsel- und
verstellbar in Halter 41 eingeschraubt, die über Isolierungen 40 in dem Deckel der
Kesseltrommel oder des Dampfabscheide-oder Ausdehnungsgefäßes 36 mit den
Leitungen der Elektrodenschwachstromkreise 71, 72 und 73 in Verbindung
stehen. Alle Schalter sind, entsprechend ihren Verstellmöglichkeiten, mit Kontakten
0 bis 6 versehen.
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Ist bei automatischer Wasserstandsregelung der Hauptschalter
10 eingelegt, wird der Transformator 30 über die Leitung
56 induziert. Die Spulen 22 und 23 in dessen Niederspannungskreis
bleiben jedoch stromlos, da die Elektroden E 1 und E 2 ausgetaucht
sind. Die Schalter 13 und 14 bleiben in ihrer geschlossenen Ruhestellung
und verbinden Leitung 51 mit Leitung 52 bzw. Leitung 53 mit
Leitung 54.
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Steht Wahlschalter 12 auf »Automatik«, ist die an den Mittelpunktsleiter
MP anliegende Schaltspule 21 an die Phase R über die Leitungen 50, 51, 52
und den überstrom schalter 16 angeschlossen. Sie hat daher angezogen und
Pumpenschalter 11 wie auch den Haltekontakt 17 eingelegt. Die Speisepumpe
32 läuft. Eine Parallelverbindung der Phase R zur Schaltspule 21 ist über
Leitung 53, Schalter 13, Leitung 54, Haltekontakt 17 und Leitung
55 geschaffen.
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Taucht beim Einspeisen die ElektrodeE2 in den steigenden Wasserstand
ein, wird der Niederspannungskreis des Transformators 30 zur Spule
23
geschlossen. Spule 23 zieht an und öffnet Schalter 14, die Leitung
52 zur Schaltspule 21 ist abgeschaltet. Sie ist aber noch über Schalter
13, Leitung 54, Haltekontakt 17 an Phase R angeschlossen und hält
weiterhin den Pumpenschalter 11 eingelegt. Auch wenn der Wasserstand zwischenzeitlich
den unteren Betriebswasserstand uBW unterschreiten sollte, bleibt die Speisepumpe32
in Betrieb.
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Steigt jedoch der Wasserstand bis zum oberen Betriebswasserstand oBW
an, taucht auch die Elektrode EI ein. Damit erhält die Spule22 Spannung,
Öffnet Schalter 13, und Schaltspule 21 wird stromlos. Der Haltekontakt
17 und der Pumpenschalter 11 fallen in ihre geöffneten Ruhestellungen
ab, die Speisepumpe 32 ist ausgeschaltet.
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Fällt bei Dampfentnahme und stehender Speisepumpe der Wasserstand
unter den oberen Betriebswasserstand oBW ab, taucht die Elektrode E 1 wieder
aus. Da Spule 22 stromlos wird, fällt der Schalter 13
wieder in seine Ruhestellung
ab und legt Phase R an Leitung 54 an. Der Haltekontakt 17 ist aber noch geöffnet,
so daß Schaltspule21 weiter stromlos bleibt. Der Pumpenschalter 11 und die
Speisepumpe32 bleiben ausgeschaltet, auch wenn zwischenzeitlich der Wasserstand
den oberen Betriebswasserstand oBW wieder erreichen sollte.
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Die ElektrodeE2 taucht erst beim Unterschreiten des unteren Betriebswasserstandes
i#BW wieder aus.
Damit wird dann auch der Elektrodenschwachstromkreis
zur Spule 23 unterbrochen, und Schalter 14 geht in die geschlossene Ruhestellung
zurück. Schaltspule 21 ist hierdurch wieder über die Leitungen 50, 51 und
52 mit Phase R verbunden, zieht an und legt den Haltekontakt 17 und den Pumpenschalter
11 wieder ein. Die Speisepumpe 32 läuft, die Ausgangsstellung der
Schaltung ist wieder erreicht.
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Die Wassermangelsicherung schaltet die Feuerung bei nicht genügendem
Wasserstand ab. Bei genügendem Wasserstand schließt die Elektrode E3 den
Elektrodenschwachstromkreis (Leitungen 70, 73, 74) der Spule 24 zum induzierten
Transformator 30. Spule 24 hat daher angezogen und Leitung 60 über
die Kontakte 1 und 3 des Schalters 15 mit Leitung
61 verbunden. Damit sind die auch an dem Mittelpunktsleiter 1111P anliegenden
Brenner 33 bekannter Ausführung über die Leitungen 50, 60 und
61 mit Phase R verbunden. Das Einschalten und/oder das Inbetriebhalten der
Brenner ist nur bei Anschluß an Phase R möglich.
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Fällt der Wasserstand aus irgendwelchen Gründen unter den niedrigstzulässigen
Wasserstand NW ab, taucht die Elektrode E 3 aus dem Wasser aus. Spule
24 wird dann stromlos, und Schalter 15 fällt in seine Ruhelage ab. Phase
R ist von den Brennern 33 abgeschaltet und auf Leitung 62 geschaltet.
Das Abschalten der Phase R von den Brennern 33 verhindert deren Wiederinbetriebnahme.
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Das gleichzeitige Schalten der Phase R auf Leitung 62 bewirkt
das Ansprechen der auch an den Mittelpunktsleiter MP anliegenden akustischen und
optischen Signalgeber 34 und 35. Solange Phase R an Leitung 62 anliegt,
kann der Signalgeber 35 - vorzugsweise eine Kontrollampe - nicht abgeschaltet
werden. Der Signalgeber 34 - vorzugsweise ein Signalhorn - ist durch
Umschalten des Wahlschalters 12 auf »Aus« oder »Hand« abschaltbar.
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Die Feuerung bleibt so lange abgeschaltet und die Signalgeber 34 und
35 bleiben so lange eingeschaltet, bis Elektrode E3 bei genügendem
Wasserstand wieder eintaucht, Spule 24 dann unter Spannung wieder anzieht und Schalter
15 wieder auf die Kontaktverbindung 1-3 umgelegt hat. Es ist dann
die Ausgangsstellung der Schaltung wieder erreicht.
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Steht Wahlschalter 12 auf »Hand«, so sind dessen Kontaktverbindungen
1-2 und 4-5 unterbrochen, dafür ist die Kontaktverbindung 1-3 hergestellt.
Die automatische Wasserstandsregelung und der Signalgeber 34 für Wassermangel ist
außer Funktion.
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Unabhängig von den Stellungen der Schalter 13, 14 und
15 ist Phase R über Leitung 50, Wahlschalter 12, Leitung 52 an Schaltspule21
angelegt, welche angezogen und Pumpenschalter 11 eingelegt hat. Die Speisepumpe
32 läuft.
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Durch Umschalten des Wahlschalters 12 auf »Aus« wird Schaltspule 21
stromlos, der Pumpenschalter 11
fällt in seine geöffnete Ruhelage ab, und
die Speisepumpe 32 ist abgeschaltet. Durch Wahlschalter 12 - Schalten
auf »Hande: oder »Aus« - läßt sich die Speisepumpe 32 also beliebig
ein- oder abschalten.
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Gleichgültig, in welcher Stellung Wahlschalter 12 steht, die Wassermangelsicherung
und der Signalgeber 35 für Wassermangel bleiben in jedem Fall wirksam.
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Die Brenner 33 lassen sich nur bei genügendem Wasserstand einschalten
oder in Betrieb halten. Andernfalls ist der Signalgeber 35 eingeschaltet
und die Phase R von den Brennern 33 abgeschaltet, -da Spule 24 stromlos und
Schalter 15 in seine Ruhestellung (Alarmstellung) zurückgefallen ist.