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Verfahren zur Sicherstellung des Durchflusses einer Mindestmenge Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Nebenauslasses in Abhängigkeit
vom Medienstrom im Hauptdurchflußkanal, die eine Mindestdurchflußmenge durch den
Nebenauslaß mittels eines direkt oder indirekt über Steuermittel (z. B. Druckluft,
Druckwasser, Drucköl, Elektrizität od. dgl.) gesteuerten, den Abfluß der Mindestmenge
durch den Nebenauslaß ermöglichenden Stellgliedes sicherstellt, wie diese z. B.
bei vor Unterbelastung zu schützenden Geräten (wie z. B. Überhitzer, durchlaufende
Kreiselpumpen od. dgl.), bei welchen dampf- bzw. gasförmige oder flüssige Medien
hindurchfließen, Verwendung finden.
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Es sind Vorrichtungen zur Steuerung eines Nebenauslasses in Abhängigkeit
vom Medienstrom zur Sicherstellung einer Mindestdurchflußmenge, beispielsweise einer
Förderflüssigkeit einer durchlaufenden Kreiselpumpe, bei einem geschlossenen oder
stark gedrosselten, beispielsweise von einem Speisewasserregler betätigten, in der
Pumpendruckleitung angeordneten Ventil bekannt.
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Diese bekannten Vorrichtungen arbeiten aber alle in der Weise, daß
jeder Stellung des Stellgliedes eine ganz bestimmte Durchflußmenge in der Verbrauchsleitung
zugeordnet ist. Bei bestimmten, über längere Zeit gleichbleibenden Durchflußmengen
des Mediumstromes im Hauptdurchlaßkanal verharrt das als Ventil ausgebildete Stellglied
in Drosselstellung, wodurch dieses Ventil einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt ist.
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Die Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gestellt, das sich nachteilig
auswirkende Verbleiben des Stellgliedes in einer Drosselstellung zu vermeiden, was
nach der Erfindung dadurch erreicht wird, daß das Stellglied schlagartig oder zügig
beim Absinken der Durchflußmenge durch den Hauptkanal unter einen zweckmäßig einstellbaren
Wert xo/o der maximalen Menge geöffnet (Stellung A) und erst beim Wiederansteigen
der Durchflußmenge durch den Hauptkanal auf den gleichfalls zweckmäßig einstellbaren
Wert y11/0 der maximalen Menge schlagartig oder zügig geschlossen wird (Stellung
B), wobei die Durchflußmenge x11/0 gleich groß oder größer ist als die durch den
Nebenauslaß abzuführende Mindestdurchflußmenge z °; a und wobei y 11/o etwas größer
als x11/0 ist.
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Beim Absinken der Durchflußmenge in der Verbrauchsleitung, z. B. auf
2011/o der maximalen Durchflußmenge, wird somit ein Stellglied mit geringer Dämpfung
und Verzögerung, kurzzeitig die möglichen Drosselstellungen schnell durcheilend,
von der Schließstellung in die Öffnungsstellung und beim Ansteigen der Durchflußmenge
in der Verbrauchsleitung, z. B. auf 3011/o, ebenso wieder kurzzeitig von der Öffnungsstellung
in die Schließstellung bewegt.
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An Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele
wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch eine direkt
gesteuerte Vorrichtung mit einem als Schieber ausgebildeten Stellglied, das in seinen
Endlagen durch ein Gewicht festgehalten wird, Fig.2 eine schematische Darstellung
einer Vorrichtung, bei welcher das Stellglied über einen Kraftschalter und einen
Stellmotor gesteuert wird, Fig.3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung,
bei welcher das Stellglied über einen Kraftschalter und einen Meßwertwandler gesteuert
wird, Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einem Durchflußmengenregler,
bei welchem das den Steuerdruck zur Betätigung des Kraftschalters regelnde Organ
direkt an der Reglerspindel angelenkt ist, Fig. 5 eine schematische Darstellung
einer Vorrichtung, die einen Stellungsmacher und eine Feder-Schnappvorrichtung aufweist,
Fig.6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit zweiparallel geschalteten
Kraftschaltern, sowie zwei Rückschlagorganen.
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In Fig. 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, die unter anderem aus
einem in einem zur Verbrauchsstelle, beispielsweise einem Dampfkessel, führenden
Hauptdurchflußkanal 6 (z. B. Speisewasserleitung) befindlichen
Stau-
oder Schwebekörper 5, aus einem Hebelgestänge 15, 15', 15", 16, 17, einem
als Schieber ausgebildeten Stellglied 2, einen Schiebersitzkörper 19, einer Entlastungsleitung
20 und einem am Hebel 15 verschiebbaren Gewicht 14 besteht. An dem freien Ende des
Lagerbockes 17, der -vorzugsweise mit seinem anderen Ende am Gehäuse 18 befestigt
ist, wobei dieses Ende auch den als Nebenauslaß dienenden Schiebersitzkörper 19
sowie den Anschluß der Entlastungsleitung 20 aufnehmen kann, ist um eine
Achse 24 drehbar der Hebel 16 gelagert, dessen eines Ende 22 mit dem Staukörper
5 gelenkig verbunden ist und dessen anderes Ende einen Schlitz 21 aufweist, in den
das freie Ende des mit dem Hebel 15
fest verbundenen Hebelarmes 15" seitlich
verschiebbar eingreift. Der beweglich mit dem Hebel 15 verbundene Lenker
15' trägt vorzugsweise am freien Ende das als Schieber ausgebildete Stellglied
2, das sich gleitend auf dem Schiebersitzkörper 19 bewegt.
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Bej Offenstellung strömt ein Teil des Durchflußmittels über die im
Schiebersitzkörper 19 befindliche Bohrung 19' in die Entlastungsleitung 20.
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Gemäß der Erfindung wird das als Schieber ausgebildete Stellglied
2 von dem durch einen oberen Totpunkt pendelnden Gewicht 14 am Hebel 15, das in
einem Falle mit der und im anderen Falle gegen die Auftriebskraft des Durchflußmittels
am Staukörper 5 wirkt, in seiner jeweiligen Endlage festgehalten. Ändert sich die
Auftriebskraft derart, daß das Gewicht 14 in Bewegung gerät, so wird sich
bei entsprechender Bemessung von Gewicht und Hebelarm das Stellglied 2 schlagartig
bzw. zügig in die andere Endlage bewegen.
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Die am Stellglied 2 durch das Gewicht 14 wirkende Festhaltekraft kann
in ihrer Größe durch Verschieben des Gewichtes 14 längs des Hebels 15 verändert
werden. Damit ändert sich auch die Differenz der Durchflußmittelmengen, die zum
Öffnen bzw. Schließen des Schiebers 2 erforderlich sind, in der Verbrauchsleitung.
Eine in äquivalenter Weise zum Gewicht 14 angebrachte Schnappfeder würde das Stellglied
2 ebenfalls in der jeweiligen Endlage festhalten.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorteilhaft der Strahlverschleiß
an dem Stellglied 2 vermieden, da dasselbe nicht in Drosselstellung verbleibt, sondern
durch das Gewicht 14 jeweils schlagartig bzw. zügig in vollständige Offenstellung
bzw. vollständige Schließstellung gebracht wird. Weiter wird der mechanische Verschleiß
gering, weil dank der unterschiedlichen, zum Öffnen bzw. Schließen des Schiebers
2 erforderlichen Durchflußmengen im Hauptdurchflußkanal2 ein ständiges Pendeln zwischen
»auf« und »zu« bei entsprechend kleiner Abnahme verhindert ist.
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Die gleichen Vorteile können auch mit einer indirekt gesteuerten Vorrichtung
erreicht werden. So ist z. B. in Fig. 2 an Stelle des das Stellglied 2 in
seinen Endlagen haltenden Gewichtes 14 ein an sich bekannter Kraftschalter
4, der ein Mehrwegeventil, ein elektrischer Schalter od. dgl. sein kann, vorgesehen.
Der Stau- oder Schwebekörper 5 steuert in Abhängigkeit der Durchflußmenge, die über
das im Hauptdurchflußkanal 6 angeordnete Gerät 1 (z. B. Speisewasserregler) geregelt
wird, direkt oder indirekt über eine magnetische Kupplung 11 den Kraftschalter 4.
Dieser Kraftschalter 4 steuert wiederum den Zu- bzw. Abfluß eines Steuermittels
(z. B. Luft) über die Verbindungsleitung 8 zum Stellmotor (der eine feder-oder
eine gewichtsbelastete Membran, ein Kraftkolben, ein Elektromagnet od. dgl. sein
kann) des Stellgliedes 2, das wiederum der Mindestmengenabführung dient, wobei der
Kraftschalter 4 in seinen beiden Endlagen mit einer gewissen, zweckmäßig einstellbaren
Kraft festgehalten wird.
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Das beispielsweise aus dem Speisewasserbehälter 25 über die Leitung
6' durch eine Pumpe 26 angesaugte und in die Leitung 6" gedrückte Speisewasser
strömt bei geschlossenem Stellglied 2 über die Abzweigstelle 13 hinaus nach dem
den Stau- oder Schwebekörper 5 aufnehmenden Gehäuse 5'. Das Gehäuse 5' ist von einem
magnetischen Kupplungsglied 11 umgeben. Das Speisewasser strömt dann durch
den Hauptkanal 6 und über das die Durchflußmenge zur Verbrauchsstelle, beispielsweise
einem Kessel, regelnde Gerät 1 zum Kessel. Bei Minderung der Durchflußmenge
durch das den Verbrauch des Speisewassers regelnden Gerätes 1 ändert sich die Höhenlage
des Stau- oder Schwebekörpers 5. Dementsprechend bewegt sich die magnetische
Kupplung 11, an die eine Prallplatte 9 gekoppelt ist. Durch diese wird ein in bekannter
Weise der jeweiligen Prallplattenstellung entsprechender Steuerdruck, z. B. Luftdruck,
dem Kraftschalter 4 zu dessen in diesem Falle indirekter Betätigung zugeführt, so
daß sich über die Verbindungsleitung 8 der nunmehr vom Kraftschalter
4 gesteuerte Steuerdruck auf das Stellglied 2 auswirkt. Wird das Stellglied
2 geöffnet, so kann zum Schutz der Pumpe 26 bei verminderter Abnahme des zum Verbraucher
strömenden Speisewassers die erforderliche Mindestmenge über die Leitungen 13' und
20 in den Behälter 25 zurückströmen.
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In Fig. 3 wird eine Vorrichtung offenbart, in der das Stellglied 2
wiederum von einem Kraftschalter 4, der in seinen beiden Endlagen mit einer gewissen
Kraft festgehalten wird, indirekt gesteuert wird, wobei ein Meßwertwandler
10 einen Steuerdruck zur Betätigung des Kraftschalters 4 liefert.
über den Meßwertwandler 10 wird der im Hauptkanal herrschende, bei Kreiselpumpen
in Abhängigkeit von der Fördermenge veränderliche statische Druck in einen Steuerdruck
umgewandelt, der also das Stellglied 2
in Abhängigkeit von der Durchflußmittelmenge
regelt. Diese Anordnung ist also beispielsweise für durchlaufende Kreiselpumpen
vorgesehen, wobei die Abnahme des statistischen Druckes in der Durchflußmittelleitung
6 hinter oder, wie gezeichnet, vor der zum Stellglied 2 führenden Abzweigstelle
13, aber jeweils hinter der Pumpe 26 angeordnet ist. Im letzten Falle muß der Kraftschalter
4 derart ausgelegt sein, daß das Schließen des Stellgliedes 2 erst
bei einer an der Meßstelle 9 vorliegenden Durchflußmenge erfolgt, die etwa um das
Maß (y-x)o/o größer ist als die Summe der Durchflußmittelmenge (x+ z) %.
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Der Meßwertwandler 10 kann auch ein Differenzdruck-Transmitter
oder -P-Regler sein, der den den Kraftschalter 4 betätigenden Steuerdruck in an
sich bekannter Weise in Abhängigkeit von dem an einer in der zur Verbrauchsstelle
führenden Leitung angeordneten Meßblende od. dgl. in Abhängigkeit von der Durchflußmittelmenge
entsprechenden Differenzdruck regelt.
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Es ist in diesem Falle erfindungsgemäß auch möglich, den Impuls für
den Meßwertwandler 10 von der Saugleitung der Kreiselpumpe 26 abzunehmen.
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In der in Fig. 4 schematisch dargestellten Vorrichtung wird erfindungsgemäß
offenbart, daß bei Vorliegen
eines die zur Verbrauchsstelle strömenden
Durchflußmenge regelnden Gerätes (z. B. Speisewasserregler) das den zur Betätigung
des Kraftschalters 4
dienenden Steuerdruck regelnde Organ 9 direkt in Abhängigkeit
von der Stellung des regelnden Gerätes 1 z. B. durch direkte Anlenkung an dessen
Spindel 3 betätigt wird. Eine solche Anordnung ist z. B. bei der Kesselspeisung
von Blockkraftwerken möglich.
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Die Fig. 5 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 4 mit den verschiedenen
aufeinander einwirkenden Elementen. Das den Kraftschalter 4 regelnde Organ 9, das
in dem Ausführungsbeispiel als ein als Fernsender ausgebildeter Stellungsmacher
geschaltet ist, befindet sich über eine Rolle 27, die mit einem übersetzten Hebel
28, einer Feder 29, dem Gestänge 30 und der Prallplatte 36 verbunden ist, mit der
Spindel 3 des den Zufluß zur Verbrauchsstelle regelnden Gerätes 1, das beispielsweise
ein federbelastetes Membranventil darstellt, in kraftschlüssiger Verbindung. Je
nach Stellung des Ventilkegels 31, der die Durchflußmenge zum Verbraucher in der
Durchflußmittelleitung 6 regelt, ist die Spannung der Feder 29 verschieden. Da das
Organ 9 nach dem Prinzip des Kraftvergleichs arbeitet, besteht immer dann Gleichgewicht,
wenn die Kraft der Feder 29 gleich der Kraft ist, die aus dem Druck im Raum 32 und
der Fläche des Metallbalgs 33 resultiert. Wird die Feder 29 gespannt, d. h. zusammengedrückt,
so wird die Einlaßdüse 34 über das Hebelsgestänge 30 geöffnet, wobei die Auslaßdüse
35 als Drehpunkt der Prallplatte 36 dient. Es strömt nun so lange Luft mit konstant
gehaltenem Druck von etwa 1,5 atü aus dem Feindruckminderer 37 durch die Düse 34
und über den Anschluß 38, die Drossel 39, die als Dämpfung dienen kann und eine
schwingungsfreie Arbeitsweise gewährleistet, und den Anschluß 40 in den Raum
32 des Faltenbalgs 33, bis sich der zum erneuten Kraftgleichgewicht erforderliche
Druck aufgebaut hat und die Einlaßdüse 34 wieder geschlossen wird. Bei Entspannung
der Feder 20 wird die Auslaßdüse 35 freigegeben, wobei die Einlaßdüse 34
als Drehpunkt für die Prallplatte 36 dient. Es entweicht nun so lange durch die
Auslaßdüse 35 Luft aus dem Metallbalg 33 über den Anschluß 40, die Drossel 39 und
den Anschluß 38 ins Freie, bis wieder Kraftgleichgewicht herrscht und die Auslaßdüse
35 geschlossen wird.
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Jeder Stellung des Ventilkegels 31 kann mit Hilfe des oben beschriebenen
regelnden Organs 9 ein bestimmter Steuerdruck in den Grenzen zwischen 0 ; bis 1
atü zugeordnet werden. Es ist möglich, den Steuerdruckbereich von 0 bis 1 atü durch
Verschieben der Rolle 27 oder durch entsprechende übersetzung des Hebels 28 nur
auf einen Teil (z. B. das letzte Drittel) des Spindelhubes zu verlegen, wenn die
Umschaltpunkte in die Nähe der Schließstellung des Ventilkegels 31 verlagert werden
sollen.
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Der vom regelnden Organ 9 kommende Steuerdruck wird auf einen als
Feder-Schnappvorrichtung ausgebildeten Kraftschalter 4 über den Anschluß 41 übertragen.
Dieser Kraftschalter 4 ist ein an sich bekanntes pneumatisch-mechanisches Schaltorgan,
das in Abhängigkeit des ihm zugeführten Steuerdruckes die Druckluftleitungen 47,
43, 44 verbindet oder trennt. Die Schaltung dieses pneumatisch-mechanischen Schaltorgans
4 weist einen oberen und einen unteren Schaltpunkt auf, deren Differenz 0,2 ata
beträgt und nicht verstellbar ist. Der obere Schaltpunkt kann in dem Berich von
0,2 bis 1,0 atü beliebig eingestellt werden.
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Der Feindruckminderer 37, der auf etwa 1,3 atü eingestellt ist und
das regelnde Organ 9 mit Zuluft versorgt, ist ausgangsseitig auch mit dem Leitungsanschluß
43 der Schnappfedervorrichtung 4 verbunden. Der Anschluß 42 ist mit der Membrankammer
45 des Stellgliedes 2 verbunden. Wird der obere Schaltpunkt überschritten, wird
die Verbindung von Anschluß 42 nach Anschluß 44 hergestellt. Die Druckluft aus der
Membrankammer 45 des Stellgliedes 2 entweicht über den Anschluß 44 ins Freie. Das
Stellglied 2 öffnet sich. Erst bei Unterschreitung des unteren Schaltpunktes, der
durch eine größere Öffnungsstellung des Ventilkegels 31 erreicht wird, wird die
Verbindung des Anschlusses 42 mit dem Anschluß 43 hergestellt, wobei Anschluß 44
blockiert wird. Die Membrankammer erhält nun wieder den vollen Schaltdruck vom Feindruckminderer
37. Das Stellglied 2 schließt.
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In Fig. 6 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei der gemäß der Erfindung
bei Verwendung eines mit einem Druckmittel, beispielsweise Druckluft, Druckwasser,
Drucköl od. dgl., gesteuerten, zur Mindestmengenabführung dienenden Stellgliedes
2 das Steuerdruckmittel dem Stellmotor des Stellgliedes 2 durch zwei parallel geschaltete,
an sich zweckmäßig gleiche Kraftschalter 7', 7" zugeführt wird. Der erste Kraftschalter
7' wird bei Erreichen des Verbrauchs an Durchflußmitteln von x% seiner maximalen
Menge in einem bzw. im anderen Sinne und der zweite Kraftschalter 7" wird bei Erreichen
des Verbrauches an Durchflußmitteln von y% seiner maximalen Menge jeweils im entgegengesetzten
Sinne selbsttätig schlagartig bzw. zügig z. B. gegen die Kraft einer einstellbaren
Feder, vorzugsweise durch einen Steuerdruck betätigt, der z. B. durch eines der
weiter oben beschriebenen Mittel geregelt wird. Die beiden Kraftschalter 7', 7"
verbinden den Stellmotor des Stellgliedes 2 in ihrer einen Endstellung mit der Steuermittelzuleitung
und in ihrer anderen Endstellung mit der Steuenmittelableitung. Außer dieser Herstellung
einer Verbindung ist erfindungsgemäß in der Verbindungsleitung 8', 8" zwischen jedem
Kraftschalter 7', 7" und dem Stellmotor des Stellgliedes 2 je ein Rückschlagorgan
10', 10" eingebaut, von denen sich das eine, 10', beim Durchfluß vom Stellmotor
zum Kraftschalter 7' und das andere, 10", beim Durchfluß vom Kraftschalter 7" zum
Stellmotor öffnet.
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Die in diesem Beispiel hinter der zum Stellglied 2, das zur Mindestmengenabführung
dient, führenden Abzweigstelle 13 angeordnete als Meßblende 12 ausgebildete Meßeinrichtung,
die den Differenzdruck in Abhängigkeit von der Menge des Durchflußmittels feststellt,
bewirkt über den Differenzdruck-Transmitter oder -P-Regler auf die beiden parallel
geschalteten Kraftschalter 7', 7" Steuerdruckimpulse. Der Kraftschalter 7" ist so
eingestellt, daß z. B. bei überschreiten von 30 % der maximalen zur Verbrauchsstelle
strömenden Durchflußmenge ein Schließdruck über die Leitung 8" und ein Rückschlagorgan
10",
das in Richtung Kraftschalter 7"-Stellglied 2 öffnet, auf das Stellglied
2, das der Sicherung der Mindestmenge dient, abgegeben wird. Beim Wiederunterschreiten
von 300,'ü, der maximalen Durchflußmenge öffnet sich zwar der Kraftschalter 7" wieder,
das Rückschlagorgan l0" verhindert aber einen Druckabbau im Stellmotor und damit
ein Öffnen des Stellgliedes
2. Erst beim Unterschreiten von z.
B. 20 0/0 der maximalen Durchflußmenge in der Durchflußmittelleitung 6 gibt der
zweite Kraftschalter 7' seine Abflußöffnung frei, wobei der auf dem Stellglied 2
ruhende Schließdruck über die Leitung 8' mit dem Rückschlagorgan 10', das in Richtung
Stellglied 2 -Kraftschalter 7" öffnet, entweichen kann.