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Anordnung zur Verteilung des Arbeitsmittels bei Strahlungsrohrregistern
von Zwanglaufkesseln Die Erfindung bezieht sich auf einen Zwanglaufkessel mit Verteilung
des Arbeitsmittels nach einem bestimmten Plan, insbesondere mit einer gleichmäßigen
Verteilung desselben auf mehrere parallel zueinander durchströmte Rohre von Strahlungsheizflächen.
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Treten in Rohrregistern Unstabilitäten auf, so hat man sich bisher
meist dadurch zu helfen versucht, daß man Drosseln und Drosselstrecken in die Rohre
eingebaut hat. Mit solchen Mitteln ist es zwar möglich, die Druckverhältnisse in
den parallel laufenden Rohren in hinreichender übereinstimmung miteinander zu vergleichmäßigen,
man muß aber dabei den Nachteil in Kauf nehmen, daß durch die Drosselstrecken unerwünschte
Druckverluste entstehen. Dieses Problem tritt besonders dann auf, wenn mit ein und
demselben Kessel zu verschiedenen Zeiten stark unterschiedliche Dampfmengen erzeugt
werden sollen. Während im Vollastbetrieb eine verhältnismäßig große Durchflußgeschwindigkeit
einen im wesentlichen gleichmäßigen Durchsatz durch sämtliche parallele Rohre gewährleistet,
werden die Verhältnisse immer ungünstiger, je mehr die Kesselbelastung abgesenkt
wird. Abgesehen vom Vorgang des Anfahrens tritt nämlich auch bei Schwachlastbetrieb
der Fall ein, daß die Durchsatzgeschwindigkeit durch die parallelen Rohre so gering
wird, daß schon kleine Ungleichmäßigkeiten innerhalb einzelner Rohre dazu führen,
daß sich Instabilitäten einstellen und in einzelnen Rohren der Durchfluß stagniert
oder zumindest zu langsam vor sich geht. Wenn man nun die Drosseln oder Drosselstrecken
so dimensioniert, daß ihre Wirkung bei Kleinstlastbetrieb in ausreichender Weise
zur Geltung kommt, so stellen diese Drosseln bei steigender Last einen immer höheren
Widerstand dar. Bei Vollast oder gar Spitzenlast würden solche Drosseln und Drosselstrecken
durch ihren hohen Widerstand einen untragbaren Druckverlust ergeben.
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Es ist an sich bereits bekannt, zur Erzielung einer Drosselwirkung
veränderlicher Art bewegliche Glieder zu verwenden, die bei schwacher Durchströmung
eine hohe Drosselwirkung verursachen, bei starker Durchströmung jedoch nur eine
herabgesetzte Drosselwirkung ergeben. Solche beweglichen Glieder hat man bereits
in einzelne Rohre eingebaut und dabei Sorge getragen, daß die Verstellung selbsttätig
in Abhängigkeit von der Durchflußgeschwindigkeit erfolgt. Ein solches Regelorgan
stellt also im Ruhezustand, d. h. bei nicht vorhandener oder nur schwacher Strömung
eine starke Drosselstelle dar, während mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit
das bewegliche Organ mehr und mehr angehoben oder in anderer Weise verstellt wird,
wobei sich die Drosselwirkung allmählich aufhebt.
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Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß, um sie wirksam zu
gestalten, für jedes einzelne Rohr ein solches bewegliches Glied vorgesehen sein
muß. Weiterhin muß dabei dafür Sorge getragen werden, daß die einzelnen Anordnungen
untereinander mit genügender Genauigkeit gleich ausgebildet sind, so daß die gleiche
Regelcharakteristik in jedem einzelnen Betriebsfall die gewünschte Vergleichmäßigung
sicherstellt. Mit einer entsprechend großen Anzahl solcher beweglichen Teile steige
aber die Störanfälligkeit der Anlage, und da mit der Gefahr des Hängenbleibens der
beweglichen Teile immer zu rechnen ist, kann. es leicht vorkommen, daß eines der
Rohre plötzlich zu schwach durchströmt wird und infolge starker Beheizung eine Schädigung
oder Zerstörung des Rohres eintritt.
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Man hat auch schon auf andere Weise versucht, eine Vergleichmäßigung
des Arbeitsmitteldurchsatzes durch eine Anzahl von Parallelrohren zu bewerkstelligen,
indem man das von der Umlaufpumpe geförderte Wasser durch einen Verteiler den einzelnen
Rohren nicht gleichzeitig, sondern nacheinander zugeführt hat, wobei der Verteiler
periodisch den Zufluß zu den einzelnen Verdampfungselementen öffnet und schließt.
Bei einer derartigen bekannten Anordnung ist der Kesselspeisepumpe ein Verteiler
aus einem Hahn mit umlaufendem Hahnküken nachgeschaltet, so da.ß in raschem Wechsel
die einzelnen Parallelrohrstränge nacheinander eine bestimmte Durchsatzmenge erhalten.
Bei exakter Aus-,
gestaltung des Verteilers wäre es denkbar, auf
diese Weise jeweils die Zeiträume, innerhalb deren die einzelnen Rohrstränge immer
wieder mit dem Zufluß in Verbindung gebracht werden, gleich groß zu bemessen, so
daß eine hinreichend gleichmäßige Verteilung der Durchsatzmenge über einen längeren
Zeitabschnitt hin gemessen gewährleistet erscheint. Eine derartige Anordnung hat
sich aber nicht durchsetzen können, da ein pulsierender Durchfluß einerseits und
der zusätzliche Aufwand eines umlaufenden Halmkükens andererseits gewisse Nachteile
in sich birgt. Die Betriebssicherheit der Anlage hängt dabei vor allem vom Antrieb
des Verteilers von außen her ab, der auf keinen Fall aussetzen darf, weil sonst
möglicherweise nur einer der Rohrstränge allein beaufschlagt würde und für die anderen
Rohrstränge die Gefahr des Durchbrennens unumgänglich wäre.
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Es ist weiterhin auch schon daran gedacht worden, eine Vergleichmäßigung
der Aufteilung des Arbeitsmittelzuflusses zu den Parallelrohrsträngen bereits in
der Kesselspeisepumpe selbst vorzunehmen. Es ist ein Dampferzeuger- mit mindestens
zwei Wasserumlaufrohren bekanntgeworden, bei dem für jedes Umlaufrohr eine besondere
Pumpe angeordnet ist, mit deren Hilfe jedes einzelne Umlaufrohr mit einer bestimmten
Wassermenge beaufschlagt werden kann. Bei einer Kolbenpumpe kann eine gemeinsame
Pumpe mit mehreren Förderkolben hierfür herangezogen werden. Auch bei rotierenden
Pumpen ist dieses Prinzip schon bekanntgeworden, indem eine Reihe von parallel angeordneten
Kapselpumpen mit gemeinsamer Welle von außen her angetrieben werden. Solche Anordnungen
setzen aber einen Dampferzeuger voraus, bei dem die Parallelrohre von der Kesselspeisepumpe
an jeweils für sich getrennt verlaufen, was bei einem Zwanglaufdampferzeuger bedeuten
würde, daß diese Auftrennung in Parallelrohre bis zum Kesselaustritt durchgeführt
werden müßte. Bei Trommelkesseln vereinigen sich die Parallelrohre an der Kesseltrommel,
bei Zwangdurchlaufkesseln müßte die Aufteilung in Parallelrohre dann aber auch im
gesamten überhitzerteil aufrechterhalten werden. Eine derartige Rohranordnung ist
aber unerwünscht, denn üblicherweise pflegt man bei den gebräuchlichen. Kesselaufbauten
immer wieder Rohre aufzugabeln und zusammenzuführen. Man wendet also Sammler- und
Verteilerflaschen abwechselnd an. Selbst bei einem noch so sorgfältig konstruierten
Kessel läßt es sich nämlich nicht mit Sicherheit vermeiden, daß in den einzelnen
Parallelrohren eine unterschiedliche Erwärmung stattfindet. Schon durch Ungleichheiten
bei den einzelnen Brennern kann bei gleichmäßiger Rohrverteilung eine ungleichmäßige
Beaufschlagung einzelner Rohrgruppen entstehen. Auch können durch Unterschiedlichkeiten
hinsichtlich des Strömungswiderstandes in den einzelnen Rohren ungleiche Durchflußneigungen
zu erwarten sein, so daß man gezwungen ist, immer wieder die einzelnen Parallelrohre
in Sammlern zu vereinigen und erst danach wieder eine Aufteilung in Parallelrohre
vorzunehmen.
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Diese Nachteile weist auch eine andere bekannte Anordnung auf, bei
der die Förderpumpe selbst in besonderer Weise derart konstruktiv gestaltet ist,
daß eine Reihe angeschlossener abgehender Rohrstränge jeweils einen bestimmten Anteil
an der Fördermittelmenge erhält. Sämtliche Rohrstränge werden dabei von einer einzigen
Kreiselpumpe mit sektorweise unterteiltem Leitapparat gespeist, wobei eine entsprechende
Anzahl von über den Umfang des Pumpengehäuses symmetrisch verteilten Ausgangsstutzen
vorhanden ist.
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Schließlich sind noch Anordnungen bekanntgeworden, die unabhängig
von der Speisepumpe Maßnahmen zeigen, um nach vollzogener Aufteilung der Arbeitsmittehnenge
hinter einem Verteiler auf einzelne Rohrstränge in diesen Rohrsträngen eine Vergleichmäßigung
des Durchflusses zu erzwingen. Eine derartige bekannte Einrichtung besteht darin,
daß innerhalb der bereits abgezweigten Parallelrohre in deren Leitungszug ein durch
das Fördermittel in Drehung versetztes, von außen nicht angetriebenes Kapselwerk
geschaltet ist, wobei sämtliche Kapselwerke, gegen Drehung gesichert, auf der gleichen
Welle sitzen. Auch sind in Form eines regelbaren Kapselwerkes gebaute Zuteiler bekanntgeworden,
die ebenfalls in die einzelnen Rohrstränge zwischengeschaltet sind, bei denen aber
ein Antrieb von außen her stattfindet. Diese bekannten Einrichtungen weisen den
Nachteil auf, daß zusätzlich zu Speisepumpen und Verteilern besondere Armaturen
und Aggregate notwendig sind, die einen erhöhten Aufwand bedeuten und hinsichtlich
ihrer Wartung und Störanfälligkeit eine besondere Beachtung erforderlich machen.
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Demgegenüber löst die Erfindung das geschilderte Problem in günstigerer
Weise. Die Erfindung vermeidet den den letztgenannten Einrichtungen anhaftenden
Nachteil, daß hinter einer bereits vollzogenen Aufgabelung in eine Reihe von Parallelströmungen
Maßnahmen zur Vergleichmäßigung der Strömung zu schaffen sind, sie erlaubt vielmehr,
die gewünschte Wirkung bereits bei der Aufteilung in Parallelstränge vorzunehmen.
Demgemäß ist die Anordnung zur dosierten, insbesondere gleichmäßigen Verteilung
der Durchsatzmenge auf mehrere Parallelrohre nach der Erfindung bereits mit der
Verteilerflasche vereinigt, die einen gemeinsamen Zufluß und getrennt abgehende
Rohre aufweist. Weiterhin kommt es bei der Erfindung darauf an, daß von außen her
keine Kraftzufuhr vorgenommen wird, wie dies bei den bekannten Anordnungen mit von
außen her angetriebenen Verteilerpumpen der Fall ist.
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An sich sind innerhalb eines Verteilers befindliche Vorrichtungen
zum gleichmäßigen Aufteilen des Arbeitsmittelstromes bereits bekanntgeworden. Bei
einer solchen bekannten Vorrichtung handelt es sich aber lediglich um Einbauten
in die Verteilerflasche, die für die einzelnen abgehenden Rohrstränge einen gleich
großen Strömungswiderstand durch Drosselung herbeiführen. Derartige Einbauten haben
aber den eingangs geschilderten Nachteil, daß sie bei Vollast des Kessels, also
bei hohem Arbeitsmitteldurchsatz starke Strömungsverluste bedingen, andererseits
aber gerade bei Schwachlastbetrieb, also bei geringem Arbeitsmitteldurchsatz nur
weit weniger wirksam sind und möglicherweise die beabsichtigte Wirkung nicht immer
zufriedenstellend erreichen lassen.
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Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß das im Innern einer
Verteilerflasche mit gemeinsamem Zufluß und getrennt abgehenden Rohrstutzen bewegbare
Bauteil als eine mit Einströmöffnungen versehene Steuerleiste ausgebildet ist, welche
in einem Öffnungen zu den Rohrstutzen aufweisenden, in die Verteilerflasche eingeschobenen
Füllstück quer verschiebbar ist und die bei normaler Kessellast ungedrosselt
vom
Arbeitsmittel durchströmten Öffnungen bei Schwachlastbetrieb verengt.
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Bei Veränderung der Lage der Steuerleiste wird auf diese Weise der
Durchfluß für jedes einzelne abgehende Rohr gemeinsam geändert, so daß in jeder
zwischen den Endlagen möglichen Stellung die Verteilung der zugeführten Arbeitsmittelmenge
auf die einzelnen Parallelrohre in der angegebenen Weise zustande kommt. Zur Verschiebung
der Steuerleiste können zwei oder mehr auf einer torsionssteifen Welle sitzende
Schwenkhebel dienen. Durch ein von außen über ein biegsames Rohr zu betätigendes
oder durch ein innerhalb der Verteilerflasche angeordnetes druckempfindliches Verstellglied
läßt sich eine Verschiebekraft für die Steuerleiste herleiten, die an mindestens
zwei Stellen an derselben angreifen kann.
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Wenn die Zuteilung zu den einzelnen Parallelrohren durch einen derartigen
Schieber in Form einer steuerbaren Leiste vorgenommen wird, welche innerhalb der
Flasche - entweder willkürlich oder selbsttätig in Abhängigkeit von der Durchströmungsgeschwindigkeit
- verstellt werden kann, so läßt es sich erreichen, daß bei kleinen Kessellasten
ein hoher Strömungswiderstand auftritt und bei großer Kessellast nur ein kleiner
oder vernachlässigbar geringer Strömungswiderstand erzielt wird. Die Anordnung läßt
sich leicht so treffen, daß durch Verwendung zusätzlicher Füllkörper eine weitgehende
Entlastung der Steuerleiste herbeigeführt wird. Dadurch werden zur Verstellung nur
geringe Kräfte benötigt.
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An Hand der Zeichnung soll der Erfindungsgegenstand näher dargestellt
werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen
Teilen in stark vereinfachter, zum Teil schematischer Darstellung.
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In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem der
bewegbar gelagerte Körper als Schieber in Form einer Steuerleiste ausgebildet ist.
Die Verteilerflasche 1 ist mit den Anschweißstutzen 2 für den Anschluß der Rohre
versehen. Die Steuerleiste ist mit 3 bezeichnet und gewährleistet den Arbeitsmittelzutritt
zu den angeschlossenen Rohren, außerdem sorgt sie je nach ihrer Lage für den gewünschten
Drosselwiderstand. Sie weist eine derartige Form auf, daß der Zufluß zu dem in die
Flasche eingeschobenen Füllstück 4 gewährleistet ist. Die zwei Hälften des Füllstückes
4 sind durch die Ringe 5 zusammengehalten und dadurch in der Flasche gehaltert.
Das Füllstück hat die Aufgabe, den Zugang des Arbeitsmittels zu den Rohren zu ermöglichen
und durch seine symmetrische Form die Einströmungsbedingungen in die Füllstücköffnungen
7 zu vergleichmäßigen, außerdem aber durch seine Gestaltung eine möglichst vollständige
Entlastung der Steuerleiste 3 bei der Bewegung in der Rille 6 des Füllstückes zu
gewährleisten.
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Die Öffnungen 7 erhalten auf der Eintrittsseite der Strömung eine
trapezartige Form, die sich von unten nach oben verbreitert. Außerdem sind die Öffnungen
in der Höhe gegenüber dem Durchmesser der Anschweißstutzen wesentlich verkleinert.
Dies hat den Zweck, den erforderlichen Hub der Steuerleiste innerhalb der Einströmöffnungen
13, die als Taschen ausgeführt sind, zu verkleinern.
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Das Verstellen der Steuerleiste kann auf verschiedene Art herbeigeführt
werden. So kann von außen her ein Antrieb bewerkstelligt werden, wobei zu beachten
ist, daß der hohe Druck im Innern des Rohrsystems eine besondere Ausführung verlangt.
Andererseits ist ein selbsttätig arbeitender Antrieb durch einen Steuerschieber
möglich, der durch die Strömung in den Fallrohren betätigt wird. In allen Fällen
kommt es darauf an, eine gleichmäßige Verstellung zu bewirken. Gegebenenfalls kann
eine zusätzliche Torsionswelle in der Flasche vorgesehen sein, um eine gleichmäßige
Bewegung der Steuerleiste 3 zu erzwingen.
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Um von außen her die Steuerleiste verstellen zu können, ist bei dem
in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Antriebshebel 8 vorgesehen. Zur
Vermeidung irgendwelcher Durchführungen ist der Antriebshebel 8 innerhalb des im
Anschweißstück 12 eingeschweißten biegsamen Rohres 10 mit dem Ansatz 11 im Drehpunkt
9 gelagert. Um eine ausreichende Durchbiegung von beispielsweise 4 bis 6 mm zu erreichen,
muß der Hebel 8 einen Querschnitt mit großem Trägheitsmoment, das Rohr 10 jedoch
einen solchen mit möglichst kleinem erhalten, d. h., die Wandstärke des Rohres muß
möglichst dünn gemacht werden. Es ist auch möglich, das Rohr 10 durch eine
andere Ausbildung, beispielsweise durch ein Wellrohr, zu ersetzen. Es kann weiterhin
zweckmäßig sein, den Antrieb in der Verteilerflasche nicht nur an einer einzigen
Stelle vorzunehmen, sondern beispielsweise zwei oder mehrere Antriebshebel zu verwenden.
Es ist hierbei darauf zu achten, daß die Hebel 8 mit dem Rohr 10 in der Flasche
so gelagert sind, daß die Einführbarkeit der Leiste von einer Stirnseite der Flasche
her gewährleistet ist. Diese wird nach Einführung der Teile in das Innere wieder
geschlossen. Unter Umständen ist es auch möglich, das Anschweißstück 12 mit einem
Flansch zu versehen.
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Der Antrieb selbst ist so zu gestalten, daß an allen Hebeln weitgehend
gleiche Verhältnisse entstehen. An allen Hebeln wird man lastabhängig und in gleicher
Höhe den Antrieb wirken lassen. Ein in der Zeichnung nicht näher dargestellter elektrischer
Antrieb, z. B. ein Getriebemotor, verschiebt über die Gewindespindel 17 den mit
einem langen Nocken 19 versehenen und in den Führungen 18 der zwei Führungsstücke
15 verschiebbaren Nockenstein 16, wobei die Rolle 14 die Nockenbewegung auf den
Hebel 8 und damit auf die Leiste 3 vermittelt. Die ganze Antriebsvorrichtung ist
mit Hilfe der Platte 20 an dem Anschweißstück 12 angelenkt. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist die Anordnung der Leiste in Mittelstellung gezeichnet. Mit
einer solchen Steuereinrichtung ist es auch möglich, mehrere parallel oder auch
hintereinander geschaltete Verteilerflaschen zu steuern.
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In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei
dem ebenfalls eine veränderbare Drossel mit Hilfe einer verstellbaren Steuerleiste
geschaffen wird.
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Während bei dem in Fig.1 dargestellten Ausführungsbeispiel die Betätigung
der Steuerleiste durch Antrieb von außen her erfolgt, handelt es sich bei dem in
Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel um eine selbsttätig arbeitende Anordnung.
Die Verstellung der Steuerleiste geschieht hier unter dem Einfluß der Hubbewegung
eines durch die Strömung des Arbeitsmittels verstellten Plattenventils, das im Fallrohranschluß
untergebracht ist.
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Die Kraftübertragung vom Plattenventil auf die Steuerleiste erfolgt
mittels der Spindel 21. Die Steuerleiste
ist in Übereinstimmung
mit Fig. 1 ebenfalls mit 3 bezeichnet. Darüber hinaus wurden auch weitere mit entsprechenden
Teilen der Fig. 1 übereinstimmende Teile der Fig. 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In diesem Sinne entspricht auch bei der Anordnung nach Fig.2 die Einströmung in
die Rohrstutzen 2 über das eingeschobene Füllstück 4 der in der Fig. 1 dargestellten
Ausführungsform. Eine sich an der durchlochten Platte 22 abstützende Feder
23 läßt die Steuerplatte 24 einen dem Durchfluß des Arbeitsmittels proportionalen
Hub ausführen, der sich mittels der Spindel 21 auf die Steuerleiste 3 mit ihren
Einströmtaschen 13 überträgt. Um einen gleichmäßigen Hub zu gewährleisten, wenn
zwei oder mehrere Steuerplatten 24 vorgesehen sind, ist in der Flasche eine möglichst
torsionssteife Welle 25 vorgesehen, die über mehrere Schwenkhebel 26 mit
den zugehörigen Spindeln 21 bewegbar verbunden ist. Eine Schieflage der Leiste infolge
ungleichen Antriebes, die infolge Strömungsdifferenzen eintreten könnte, wird damit
vermieden. Für jede Flasche können zwei Steuerplatten vorgesehen sein, selbst wenn
noch mehr Fallrohre an der Verteilerflasche angeschlossen sind.
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Während die in Fig. 1 veranschaulichte Anordnung sowohl für Wasser
als auch für Dampf in gleicher Weise geeignet ist, kommt der in Fig. 2 veranschaulichten
Ausführungsform besondere Bedeutung bei flüssigem Arbeitsmittel zu.
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Während in den Ausführungsbeispielen bisher nur die Rede davon war,
die Verteilung auf die einzelnen Rohre möglichst gleichmäßig zu machen, kann es
gegebenenfalls auch zweckmäßig sein, die Verteilung so vorzunehmen, daß einzelne
Rohre in ihrer Strömungsgeschwindigkeit gegenüber anderen bevorzugt werden sollen,
Dieser Fall kann beispielsweise dann auftreten, wenn mit unterschiedlichen Rohrquerschnitten
gearbeitet wird oder wenn einzelne Rohrstränge einer stärkeren Beheizung ausgesetzt
werden als die anderen. In diesen Fällen muß man dafür sorgen, daß diesen Rohren
mehr Arbeitsmittel zugeführt wird als den anderen. Bei Verwendung von Steuerleisten
gemäß den in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen kann man die wirksame
Steuerkante an den betreffenden Stellen je nach den Gegebenheiten verlängern oder
verkürzen. Die Erfindung hat nicht nur Bedeutung für neu zu erstellende Kesselanlagen,
sondern eignet sich auch dazu, um bei vorhandenen Kesseln durch nachträglichen Einbau
in die Verteilerflaschen eine Verbesserung der Strömungsstabilität zu bewirken.
Dieser Fall tritt besonders dann ein, wenn nachträglich der Wunsch auftritt, bei
einem bisher nur mit Vollastbetrieb arbeitenden Kessel auch kleinere Lastbetriebe
aufrechterhalten zu können.