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Bei der Regelung von Brennern ist es bekannt, innerhalb des Regelbereiches
zur Erzielung einer möglichst raucharmen Verbrennung die Brennmittelzufuhr und die
Luftzufuhr in der Weise zu koppeln, daß bei allen Leistungen die Brennmittel- und
die Luftzufuhr im richtigen Verhältnis zueinander stehen. Bei einer solchen Regelung
ist eine Regelschleife erforderlich, da eine der beiden Ausgangsvariablen (Brennmittelzufuhr
oder Luftzufuhr) zwangläufig an die andere gekoppelt ist. Es hat sich bei diesem
bekannten Regelsystem gezeigt, daß zwar während relativ langsamer Änderungen der
Brennerleistung eine rauchfreie oder zumindest raucharme Verbrennung erreichbar
ist, daß aber bei relativ schnellen Änderungen der geregelten Größe eine unerwünscht
starke Rauchbildung auftritt. Zum Beispiel bei Beheizung größerer Kessel mit mehreren
Brennern treten schnelle Änderungen der geregelten Größe dann auf, wenn ein Brenner
ausfällt oder wenn ein weiterer Brenner zugeschaltet werden soll.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektrische Regeleinrichtung
für eine Brennereinrichtung zu schaffen, die auch bei relativ schnellen und großen
Änderungen der geregelten Größe, d. h. der Brennerleistung, eine rauchfreie oder
zumindest raucharme Verbrennung sicherstellt.
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Die Erfindung geht dabei davon aus, daß eine elektrische Regeleinrichtung
mit einem Führungsregler bekannt ist, dem die Abweichung der einer Hauptregelstrecke
entstammenden übergeordneten Größe von ihrem Sollwert zugeführt ist und dessen Ausgangsgröße
in weitere voneinander unabhängige Folgeregelkreise für weitere untergeordnete Regelgrößen
als Führungsgröße eingeführt ist, deren Ausgangsgrößen wiederum die Hauptregelstrecke
derart beeinflussen, daß die übergeordnete Regelgröße auf ihren Sollwert nachgeführt
wird. Die bekannte Einrichtung dient zur Regelung der Temperatur des Kühlwasserzuffiusses
bei Polymerisationskesseln und hat den besonderen Vorteil, daß man an sich sehr
einfache Folgeregelkreise für die einzelnen Störgrößen verwenden kann.
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Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung wird die eben beschriebene bekannte
elektrische Regeleinrichtung dadurch weitergebildet, daß bei deren Verwendung für
eine Brennereinrichtung die übergeordnete Regelgröße die Wärmeerzeugung des Brenners,
die erste untergeordnete Regelgröße die Brennmittelzufuhr und die zweite untergeordnete
Regelgröße der Verbrennungsluftspeisedruck des Brenners ist und daß die Folgeregelkreise
interrnittierend an den Ausgang des Führungsreglers schaltbar sind, derart, daß
beim geregelten Ansteigen der Wärmeerzeugung stets der Verbrennungsluftspeisedruck
vor der Brennmittelzufuhr und bei geregelter Verringerung der Wärmeerzeugung stets
die Brennmittelzufuhr vor dem Verbrennungsluftspeisedruck ausgeregelt wird.
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Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wird also während einer Änderung
der Brennstoffzufuhr und damit der Leistung der Brennereinrichtung ein Überschuß
an Luft zugeführt. Beim Hochregeln der Brennerleistung läßt man in durch kurze Ruhepausen
getrennten Arbeitsintervallen, während welcher die Folgeregler die entsprechenden
Stellgrößen erzeugen, den die Brennmittelzufuhr beherrschenden Folgeregler jeweils
kürzer laufen als den die Luftzufuhr bestimmenden Folgeregler, wodurch die Luftzufuhr
vor der Brennstoffzufuhr ausgeregelt wird. Beim Herunterregeln der Brennerleistung
läßt man in den Arbeitsintervallen den die Brennstoffzufuhr beherrschenden Folgeregler
jeweils etwas länger arbeiten als den die Verbrennungsluftzufuhr beherrschenden
Folgeregler, d. h., man läßt die Brennstoffzufuhr schneller kleiner werden als die
Verbrennungsluftzufuhr, wodurch wieder erreicht ist, daß während eines Regelvorganges
stets ein Überschuß an Verbrennungsluft vorhanden ist.
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Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung an
einem Ausführungsbeispiel erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild
des Ausführungsbeispiels, F i g. 2 die wesentlichen Einzelheiten des Führungsreglers,
F i g. 3 a und 3 b das vom Dampfdruck der gesteuerten Anlage verstellte Glied im
Detail, F i g. 4 die wesentlichen Teile des die Brennmittelzufuhr beherrschenden
Folgereglers, F i g. 5 die wesentlichen Teile des die Verbrennungsluftzufuhr beherrschenden
Folgereglers und F i g. 6 einige Einzelheiten des Folgereglers nach Fig. 5.
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Zunächst wird das Blockschaltbild nach F i g. 1 erläutert. Die Regeleinrichtung,
bestehend aus Führungsregler und diesem nachgeschalteten unabhängigen Folgereglern
für die Brennmittelzufuhr und die Verbrennungsluftzufuhr, weist einen Impulsgeber
auf, der die beiden von ihm beherrschten Kontakte mit einer Frequenz von etwa 16
Betätigungen pro Minute für jeweils 2 Sekunden schließt. Dadurch arbeiten die beiden
Folgeregler in Intervallen. x" bedeutet den Sollwert für die Brennerleistung oder
eine davon abhängige Größe, z. B. den Dampfdruck, und x stellt die entsprechende
Istgröße dar. x1 ist die in der bekannten Weise zurückgekoppelte Stellgröße des
ersten Folgereglers, welcher die Brennmittelzufuhr beherrscht, und x2 ist die rückgekoppelte
Stellgröße des zweiten Folgereglers, der die Verbrennungsluftzufuhr bzw. den Verbrennungsluftdruck
beherrscht.
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Die Anordnung nach F i g. 1 stellt das unter Hinweis auf die F i g.
2 bis 6 zu beschreibende Ausführungsbeispiel etwas vereinfacht dar, jedoch eignet
sich diese vereinfachte Darstellung besonders gut zur Erläuterung des Grundprinzips
der Erfindung. Prinzipiell ist der Impulsgeber derart ausgebildet, daß er bei seiner
Betätigung der beiden von ihm beherrschten Schalter diese beiden Schalter während
eines Impulses verschieden lang schließen kann. Beim Hinaufregeln des Dampfdruckes
wird der Folgeregler für die Verbrennungsluftzufuhr, das ist der zweite Folgeregler,
jeweils etwas länger eingeschaltet, d. h. in Betrieb gehalten, als der die Brennmittelzufuhr
beherrschende erste Folgeregler, so daß also in der eingangs bereits erläuterten
Weise die Verbrennungsluftzufuhr bzw. deren Änderung beim Hinaufregeln der Brennerleistung
der Veränderung der pro Zeiteinheit zugeführten Brennmittelmenge voreilt.
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Entsprechend ist der Impulsgeber weiter derart ausgebildet, daß er
beim Herunterregeln der zu regelnden übergeordneten Größe, hier des Dampfdruckes,
den Schalter während der einzelnen Intervalle länger geschlossen läßt, der den die
Brennmittelzufuhr beherrschenden Folgeregler in Betrieb setzt. Dadurch wird die
zugeführte Brennmittelmenge
pro Zeiteinheit beim Herunterregeln
der Brennerleistung schneller kleiner als die je Zeiteinheit zugeführte Verbrennungsluft,
wodurch wiederum während des Regelvorganges ein Luftüberschuß erreicht wird, der
für die gewünschte rauchlose Verbrennung verantwortlich ist.
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Für die folgende, mehr ins Detail gehende Beschreibung des Ausführungsbeispiels
werden einige immer wiederkehrende Bezugszeichen vorab erläutert: +DC und -DC sind
zwei Stromschienen, welche mit der oben bereits angedeuteten Frequenz von etwa 16
Impulsen pro Minute jeweils etwa 2 Sekunden Strom führen. Zwischen den mit
N und L5 bezeichneten Stromschienen liegt ständig eine Wechselspannung
und die Stromschienen EN und EL 5 führen als Notstromversorgung gegebenenfalls
Wechselstrom, wenn die Versorgung über die Schienen N und L 5 aussetzt.
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Im in F i g. 2 dargestellten Führungsregler wird die übergeordnete
Variable, d. h. der Dampfdruck z. B. eines Kessels verarbeitet, der durch die mit
dem hier beschriebenen System geregelte Brennereinrichtung beheizt wird. Der Führungsregler
weist einen Umkehr-Wechselstrommotor M2 auf, der einen Stellarm A verdreht.
Über den Stellarm A sind die beiden Folgeregler SU1 (für den Öldruck) und
SU2 (für den Luftdruck) angekoppelt.
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Im Führungsregler wird der Motor M2 zur Drehung in der einen bzw.
anderen Richtung über Gleichstromrelais RL 1 und RL 2 erregt, wobei
zwischen der Wechselspannungsversorgungsschiene L 5 und den Motorwicklungen liegende
Kontakte RL 11 und RL 21 normalerweise offen sind. Bei Erregung des Relais
RL 1 dreht sich der Motor in der einen Richtung, und die entsprechende Bewegung
des Arms A bewirkt eine Verstellung der Stellgröße im Sinne einer Vergrößerung der
Flammenhöhe der Brenner und damit im Sinne eines Ansteigens des Dampfdruckes; bei
Erregung des Relais RL2 verläuft die Verstellung im entgegengesetzten Sinne, und
wenn keines der beiden Relais erregt ist, steht der Motor M2 still. Der Arm
A bewegt sich über einen Winkel von etwa 90 bis 120° zwischen der maximalen
und der minimalen Brennerflammenhöhe entsprechenden Stellungen, und es sind Grenzschalter
vorgesehen, mit deren Hilfe geeignete Endpositionen definiert werden, um zu verhindern,
daß der Motor sich zu weit in der einen oder der anderen Richtung dreht. Zu diesem
Zweck weist die Leitung von den Kontakten RL 11 zu den Motorwicklungen normalerweise
geschlossene Kontakte LS1 auf, welche einen ersten Grenzschalter bilden, der geöffnet
wird, wenn der Motor eine vorbestimmte Stellung erreicht hat, woraufhin der Motor
im Anschluß an eine im Sinne einer Flammenvergrößerung verlaufende Bewegung abgeschaltet
wird. Für die untere Begrenzung sind zwei Stellungen für Kleinstflammen vorgesehen,
von denen die eine oder die andere zum Tragen kommt, je nachdem, ob konventionelle
Druckdüsen oder dampfbetätigte Düsen im Brenner benutzt werden, weil für die Kleinstflammenhöhe
beim erstgenannten Düsentyp wesentlich höhere Brennstoffversorgungsdrücke erforderlich
sind als beim zuletzt genannten Düsentyp.
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Der Möglichkeit, daß die vorbeschriebenen verschiedenartigen Brennertypen
benutzt werden, ist durch einen Schalter S4 Rechnung getragen, der so betätigt werden
kann, daß die Kontakte RL 21 entweder mit der einen oder der anderen von zwei parallel
zu den Wicklungen des Motors M2 verlaufenden Leitungen verbunden werden. Die auswählbar
einstellbaren Kontakte des Schalters S4 sind mit PJ (für Druckdüsen) bzw.
SA (für Dampfdüsen) bezeichnet, und diese Kontakte sind jeweils über normalerweise
geschlossene Kontakte LS2 und LS3 eines zweiten bzw. dritten Grenzschalters mit
den Motorwicklungen verbunden. Auch hier sind die Grenzschalter so angeordnet, daß
sie geöffnet werden und den Motor M2 abschalten, wenn der Motor im Anschluß an eine
im Sinne einer Flammenverkleinerung wirkenden Bewegung passende, verschiedene, in
Anpassung an die vorliegenden Verhältnisse vorherbestimmte Stellungen erreicht hat.
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Mit den Grenzschaltern arbeiten Anzeigelampen LP3, LP4 und LP5 zusammen,
welche jeweils von Relaiskontakten RL 11 oder RL 21 unter Spannung
gesetzt werden, wenn die Kontakte LS 1, LS 2 und LS 3 aus den
in der Zeichnung gezeigten Stellungen in die anderen Stellungen gebracht werden,
wobei das Aufleuchten der einzelnen Lampen anzeigt, daß die zugehörige Grenzstellung
für Motor und Flammenhöhe erreicht ist.
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Mit dem soweit beschriebenen Regler wirken Verzögerungsrelais RL
3 und RL 4 zusammen. Diese Relais sind derart zwischen die Motorerregungsleitung
für größere Flammhöhe bzw. die Motorerregungsleitung für kleinere Flammhöhe einerseits
und die Wechselspannungsschiene N andererseits gelegt, daß eines von ihnen erregt
wird, sobald der Motor M2 erregt wird. Die Relais sind so ausgebildet, daß sie nach
einer vorausbestimmten Zeitspanne automatisch abfallen, und zwar unabhängig davon,
ob der Motor über diese Zeitspanne hinaus erregt bleibt oder nicht. Diese Relais
wirken mit Kontakten in den Folgereglern zusammen, wie weiter unten beschrieben
werden wird.
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Die Relais RL 1, RL 2 werden zur Steuerung wahlweise
über die Kontakte RL 51 eines polarisierten Relais RL 5 erregt.
Das Relais RL 5 wird seinerseits in Abhängigkeit davon erregt, ob eine Brückenschaltung
in einem oder dem anderen Sinne verstimmt ist.
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Die Brückenschaltung weist einen Zweig auf, der dadurch gebildet ist,
daß zwischen der Gleichstromleitung +DC und der Gleichstromleitung -DC in Serie
ein Widerstand R 1, ein Potentiometerwiderstand PR 1 mit seinem Schleifer PRS1,
ein Potentiometerwiderstand PR 2, ein Potentiometerwiderstand PR 3 mit seinem
Schleifer PRS3 und ein Widerstand R 2 liegen, während der andere Zweig der
Brücke von dem zwischen der Leitung +DC und der Leitung -DC liegenden Potentiometerwiderstand
PR 4
gebildet wird. Die Querverbindung der Brücke verläuft vom Schleifer PRS2
des Potentiometerwiderstandes PR 2 durch die Wicklung des Relais RL 5,
den
Potentiometerwiderstand PR 5 und seinen Schleifer PRS5, die Kontakte S51
des Schalters S5, ein Leitelement CM und den Schleifer PRS
4 des Potentiometerwiderstandes PR 4.
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Der erste Zweig der Brückenschaltung sowie die beiden letzterwähnten
Schaltelemente der Querverbindung können mit Hilfe des Schalters S5 abgeschaltet
und durch einen Potentiometerwiderstand PR 6 ersetzt werden, der über einen Widerstand
R 3 mit der Leitung +DC einerseits und über einen Widerstand R 4 mit der
Leitung -DC andererseits
verbunden ist, sowie durch den Schleifer
PRS6 des Potentiometerwiderstandes PR 6. Der dadurch ermöglichte Übergang von automatischer
Steuerung zu Handsteuerung wird durch Betätigung der Schalterkontakte S 51 aus der
eingezeichneten Stellung A UTO in die andere Stellung MAN bewerkstelligt.
Der Schalter S5 weist zusätzliche Kontakte S52 auf, welche bei Handsteuerung
eine Anzeigelampe LP 6
zwischen den Leitungen N und L 5 aufleuchten
lassen.
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Bevor die Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 2 beschrieben wird,
soll auf F i g. 3 Bezug genommen werden, welche weitere Einzelheiten der Anordnung
des Potentiometers PR 4 und der zugehörigen Schaltelemente zeigt. F i g. 3 a ist
ein Grundriß und F i g. 3 b ein Teilaufriß.
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F i g. 3 zeigt einen tassenförmigen Träger 22, welcher mit Hilfe einer
Schraube 23 und einer Mutter 24
am einen Ende eines Arms 25 angebracht ist,
der an einem Zwischenpunkt schwenkbar auf einem Ständer 26 gelagert ist und dessen
anderes Ende mittels einer Zugfeder 27 nach unten gezogen wird. Der nach unten ragende
Randteil des Trägers 22 ist über einen Bogen von etwa 22° mit elektrischem Widerstandsmaterial
belegt und bildet so den PotentiometerwiderstandPR 4. Ein sich über einen Bogen
von 120° erstreckender Kupferstreifen ergibt eine mit CS bezeichnete Fläche gleichen
Potentials.
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Der Träger 22 ist über einem leitenden Teil CM angeordnet, und der
Schleifer PRS4 ist in einer zwischen beiden gelegenen Ebene drehbar gelagert, wobei
dessen freies Ende zwischen dem Trägerrand und dem Teil CM liegt, ohne diese
normalerweise zu berühren. Ein Kontakt zwischen dem Trägerrand, dem Schleifer und
dem leitenden Teil wird dadurch zustande gebracht, daß ein Kurvenstück
CAM gedreht wird und dabei den Arm 25 hinreichend weit herunterdrückt, wobei
die Anordnung so getroffen ist, daß Kontaktgabe jeweils bei Anliegen eines der 2
Sekunden dauernden Impulse auf den Schienen +DC und -DC stattfindet. Die Abwärtsbewegung
des Arms 25 ist durch einen Anschlag 28 begrenzt, und seine Aufwärtsbewegung ist
durch den Kopf einer Schraube 29 begrenzt, welche sich durch den Arm 26 erstreckt
und im Anschlag 28 befestigt ist.
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Schließlich ist der Schleifer PRS4 auf einem Ritzel 30 befestigt,
das von einer bogenförmigen Zahnstange 31 betätigt wird, welche bei 32 drehbar gelagert
und mit dem Ende einer Bourdonschen Röhrenfeder BT verbunden ist, welcher der Dampf
zugeführt wird, dessen Druck die übergeordnete Regelgröße ist.
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Der Führungsregler arbeitet wie folgt: Zu Beginn, wenn der Kessel
kalt ist, wird der Schalter S4 auf den benutzten Brennerdüsentyp, Schalter
S5 auf MAN
für Handsteuerung und das Potentiometer PR 6 von Hand auf
einen Wert eingestellt, welcher einer sicheren, niedrigen Flammhöhe der Brenner
entspricht. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Schleifer PRS4 in einer Stellung,
welche Atmosphärendruck entspricht, und wobei er sich unter einem Teil des Trägers
22 befindet, das nicht mit leitendem oder Widerstandsmaterial bedeckt ist. Wenn
das System mit dem Schließen der Schalter S 1 bis S 5 in Betrieb genommen
wird, werden die jeweils 2 Sekunden dauernden Impulse auf den Schienen +DC und -DC
an die Potentiometer PR 2, PR 4 und PR 6 gelegt. Die Brückenschaltung mit Potentiometern
PR 2 und dem von Hand eingestellten Potentiometer PR 6 bewirkt das Fließen eines
Stromes durch das Pol-Relais RL 5; das Relais RL 1 oder das Relais RL 2 wird
erregt, und der Motor M 2 bewegt sich in eine Position, in welcher die Brennerllammen
eine für das Anwärmen des Kessels geeignete Höhe haben, wobei diese Stellung der
Mindestflammhöhe entsprechen kann, aber nicht zu entsprechen braucht. Ob Relais
RL 1 oder Relais RL 2 anspricht, hängt davon ab, in welcher Stellung sich der MotorM2
befindet, wenn das System in Betrieb gesetzt wird. In jedem Falle wird der Motor
passend einjustiert, und die Erregung verschwindet, wenn der Brückenkreis im Gleichgewicht
ist, oder durch Betätigung von LS2 oder LS3. Dabei folgt der Schleifer PRS2 dem
Arm A und dem Motor M 2 während der Anfangsjustierung zum Aufwärmen.
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Es kann nunmehr der Schalter S5 auf AUTO umgeschaltet werden,
wodurch der Brückenzweig mit dem Potentiometer PR 6 gegen den mit dem Potentiometer
PR 4 ausgetauscht wird. Das ändert die Stellung des Motors M2 nicht unmittelbar,
weil immer dann, wenn der Träger 22 nach unten bewegt wird, der Schleifer PRS4 auf
einen isolierten Teil trifft, so daß kein Schaltkreis über das Pol-Relais RL5 geschlossen
wird. Gleichzeitig bewirkt jedoch der allmählich ansteigende, auf die Bourdonsche
Röhrenfeder BT wirkende Dampfdruck, daß der Schleifer PRS4 sich unter dem Träger
22 hindurchbewegt, bis schließlich beim Niederdrücken des Trägers 22 der Schleifer
Kontakt mit dem leitenden Streifen CS bekommt. Wenn dies geschieht, ist eine leitende
Verbindung über das Relais RL5 hergestellt, und da das Potential des Streifens CS
entsprechend der Anforderung höheren Dampfdrucks durch erhöhte Brennerflammen eingestellt
ist, wird das Relais RL5 erregt und das Relais RL1 betätigt, so daß der Motor M
2 über die Kontakte RL 11 im Sinne einer Flammenerhöhung erregt wird. Wie vorher
hört die Motorerregung auf, sobald die Brücke ins Gleichgewicht kommt oder, was
in der Praxis zu diesem Zeitpunkt wahrscheinlicher ist, wenn sich die Kontakte des
Grenzschalters LS 1 öffnen.
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Jedesmal wenn einer der 2 Sekunden dauernden Impulse an +DC und -DC
anliegen, wird der Schleifer PRS4 in Kontakt mit dem Streifen CS und dem Teil
CM gebracht, so daß die Einstellung des Motors M2 unverändert bleibt, während
der Dampfdruck steigt. Wenn jedoch der Potentiometerwiderstand PR 4 erreicht wird,
dann wird das Potential jedesmal vermindert, sobald der Schleifer PRS4 Kontakt bekommt,
so daß eire immer kleinerer Strom durch das Relais RL5 fließt, bis schließlich an
einem nahe der Mitte von PR 4 gelegenen Punkt die Stromrichtung durch den Ouerarm
der Brücke sich umkehrt und RL 2 erregt wird, um die Flammhöhe zu vermindern. Diese
Verminderung der Flammhöhe dauert an, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist,
bei dem sich der Schleifer PRS4 ungefähr in der Mitte des Widerstandes PR 4 befindet.
In diesem Gleichgewichtszustand bewirkt jeder weitere Druckanstieg, der dazu führt,
daß der Schleifer PRS 4 weiter in Uhrzeigerrichtung gedreht wird, daß RL
5, RL 2
und der Motor M2 betätigt werden, so daß die sich daraus ergebende
Verminderung der Flammhöhe den Druck vermindert und den Schleifer auf seine vorbestimmte
Stellung relativ zu PR 4 zurückbringt. In
ähnlicher Weise findet
eine Wiederherstellung des Gleichgewichts durch die Erregung von RL5, RL1 und Motor
M2 dann statt, wenn der Druck fällt. Wenn daher das System den Druck einmal auf
den gewünschten Wert gebracht hat, hält es ihn automatisch auf diesem Wert.
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Der vorbestimmte Wert, auf den der Druck einstabilisiert wird, kann
dadurch geändert werden, daß man die Mutter 24 lockert und den Träger 22 verdreht.
Wie sich aus F i g. 3 ergibt, hat eine Verdrehung in Uhrzeigerrichtung zur Folge,
daß der Druck sich auf einem höheren Wert stabilisiert. Bei der vorliegenden Ausführungsform
kann man diese Justierung zur Grobeinstellung des Arbeitsdrucks benutzen, während
man eine verhältnismäßig genaue Steuerung dieses Druckes mit Hilfe der Potentiometer
PR 1, PR 3 erreichen kann, die gemeinsam so verstellt werden können, daß eine Feineinsteuerung
des Brückengleichgewichtspunkts und damit wiederum des Arbeitsdrucks erzielt wird.
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Das Potentiometer PR 5 dient zur Feinsteuerung, weil der Wert, auf
den es eingestellt ist, bei einer vorgegebenen Gleichgewichtsabweichung im Brückenkreis
die Stärke des durch das Relais RL 5 fließenden Stroms bestimmt. Durch Justierung
von PR 5 kann man die Ansprechschwelle bestimmen, d. h. also die Druckabweichung
vom gewünschten Arbeitswert, bei der das Relais RL 5 anspricht.
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Die tatsächliche Steuerung der Flammhöhe der Brenner und damit des
Drucks über den Motor M2 wird durch Regelung des ölversorgungsdrucks und des Luftdrucks
an den Brennern mittels der Folgeregler SU 1 und SU2 bewerkstelligt. Im vorliegend
betrachteten Fall von Schiffsmaschinen sind üblicherweise zwei Kessel vorgesehen,
an Backbord und an Steuerbord, und diesen können Paare solcher Untereinheiten SU1,
SU2 zugeordnet sein, so wie dies durch die Darstellung zweier solcher Paare von
Folgereglern in F i g. 2 angedeutet ist.
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Die Folgeregler gleichen im wesentlichen dem Führungsregler, insofern
Brückenkreise benutzt werden, die einander weitgehend gleichen und Folgeregler für
gleiche Funktionen identisch sind. Deshalb wird der Einfachheit halber nur je ein
Folgeregler jeden Typs SU1, SU2 in Einzelheiten beschrieben, und dabei werden, soweit
möglich, für Elemente mit gleicher Funktion wie im Führungsregler die gleichen Bezugszeichen,
unter Hinzufügung von a, benutzt.
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Gemäß F i g. 4, in welcher der öldruckfolgeregler dargestellt ist,
weist dieser einen ersten Brückenzweig auf, der dadurch gebildet ist, daß zwischen
der Gleichstromleitung +DC und der Gleichstromleitung - DC in Serie ein Widerstand
R 1 a, ein Potentiometerwiderstand PR 2 a und ein Widerstand R2a liegen,
während ein zweiter Brückenzweig dadurch gebildet ist, daß zwischen den Schienen
+DC und -DC in Serie ein Widerstand R 5, ein Potentiometerwiderstand PR 1 a
mit seinem Schleifer PRS l a,
ein Potentiometerwiderstand
PR 4 a, ein Potentiometerwidersand PR 3 a mit seinem Schleifer PRS3
a
und ein Widerstand R 6 liegen. Der Querarm der Brücke besteht aus dem SchleiferPRS2a,
dem Pol-Relais RL 5 a und dem Schleifer PRS 4 a. Wichtig ist, daß
in dem Folgeregler die Potentiometer PR 1 a und PR 3 a mit
PR 4 a statt mit PR 2 a zusammenarbeiten.
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Wenn durch Verstimmung der Brücke das Relais RL5a in der einen oder
anderen Richtung erregt wird, so wird das Relais RL 1 a oder das Relais RL 2 a erregt,
wobei diese Relais zwischen den Kontakten RL 51 a und der Leitung
+DC einerseits und der Leitung -DC andererseits liegen. Die Kontakte RL
11 a und RL 21 a liegen zwischen der Leitung
L 5
und der Wicklung eines Stellmotors M3 für die Brennstoffversorgung.
Die Kontakte RL 31 des Relais RL 3 liegen in Serie mit den Kontakten RL
11 a.
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Eine Verstellung des Motors M2 (F i g. 2) hat eine Verstellung des
Schleifers PRS2a und damit eine Verstimmung in der Brücke des Folgereglers zur Folge.
Diese Verstimmung bewirkt eine entsprechende Erregung des Relais RL 5 a und
damit des Relais RL 1 a oder RL 2 a, woraufhin der Motor
M 3
für den Ölversorgungsdruck verstellt wird, bis wiederum Brückengleichgewicht
erreicht ist, wobei der Potentiometerwiderstand PR 4 a als Rückkopplungspotentiometer
wirkt, das zusammen mit der Welle des Motors M3 beweglich ist, um den Soll-Öldruck
einzuführen.
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Wirksam wird jedoch das Relais RL 1 a beim Schließen seiner
Kontakte RL 11 a zwecks Erhöhung der öldruckzufuhr und damit zur Vergrößerung
der Flammhöhe nur dann, wenn auch das Relais RL 3 und seine Kontakte RL 31 betätigt
werden. Dies geschieht gleichzeitig mit der Erregung des zugehörigen Relais RL 1
(F i g. 2), jedoch fällt das Relais RL 3 nach einer vorausbestimmten Zeitspanne
ab, welche kürzer ist als die jeweils 2 Sekunden dauernden Tastintervalle zum Feststellen,
ob die Brücke verstimmt ist oder nicht. Das Ergebnis dieser Anordnung besteht darin,
daß der Öldruckanstieg hinter dem Luftdruckanstieg herhinkt, wie weiter unten beschrieben
werden wird, und daß daher die Brenner keine wesentlichen Rauchmengen erzeugen.
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Auf der Welle des Motors M 3 befindet sich eine Isolierscheibe 1D,
auf welcher im Abstand voneinander zwei Kontakte C 2, C 3 angeordnet sind, welche
mit einem Kontakt C 4 zusammenarbeiten, der zwischen ihnen liegt, und wobei die
Kontakte normalerweise offen sind. Der Kontakt C 4 wird von einer Bourdonschen Röhrenfeder
BT a um die Achse der Scheibe 1D verdreht, wobei diese die Kontaktstellung
nach Maßgabe des tatsächlichen Öldrucks einstellt, und zwar ähnlich der Einstellung
des Schleifers PRS4 mittels der Röhre BT nach Maßgabe des Dampfdrucks im Führungsregler
(F i g. 3). In dieser Weise berührt der Kontakt C 4 den Kontakt C 2 oder C 3 bei
einer Differenz zwischen dem gewünschten und dem tatsächlichen öldruck, wobei ,der
Abstand der Kontakte C2 und C3 die Mindestdruckdifferenz für die Kontaktgabe und
die Richtung dieses differenzbestimmenden Eingriffs des Kontakts C 4 mit
den zugehörigen Kontakten C 2 bzw. C 3 bestimmt.
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Ein solcher Kontakteingriff hat die Erregung des Stellmotois M 4 für
das ölzufuhrventil in der geeigneten Richtung zur Folge, um den Öldruck zu verstärken
bzw. zu verringern, so daß der Kontakt C 4 außer Eingriff kommt. Dieser Arbeitsvorgang
wird in ähnlicher Weise bewerkstelligt wie der mittels der Relais RC 5 a,
RC 1 a und RC 2 a, und man bedient sich dazu eines Relais RL 6, dessen
Wicklungen mit ihrem einen Ende mit den Kontakten C2, C 3 verbunden sind, während
die anderen Enden mit der Leitung -DC verbunden sind. Der Kontakt C4 ist an +DC
angeschlossen, so daß bei Eingriff des Kontaktes C 4 mit C 2 oder C 3 das Relais
RL 6 erregt wird, so daß sein Kontakt RL 61 in der einen oder der anderen Richtung
bewegt wird, wodurch wiederum
das Relais RL7 oder das Relais RL8
zwischen +DC und -DC erregt wird.
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Bei Erregung des Relais RL 7 wird über die Kontakte RL 71 ein Kreis
geschlossen, welcher von der Versorgungsleitung L 5 durch normalerweise geschlossene
Kontakte S61 eines Schalters S6 und über die Primärwicklung des Transformators
TR 3 zur Versorgungsleitung N verläuft; die Sekundärwicklung des Transformators
TR3 erregt den Motor M4, so daß der ölversorgungsdruck ansteigt, bis der Kontakt
C 4 außer Eingriff kommt. In ähnlicher Weise wird bei Erregung des Relais RL 8 ein
Erregungskreis für den Transformator TR 4 geschlossen, so daß sich der Motor M4
in der entgegengesetzten Richtung dreht, woraufhin der Öldruck sinkt, bis der Kontakt
C 4 außer Eingriff kommt.
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Der Schalter S 6 befindet sich normalerweise in der gezeichneten Stellung;
wenn er betätigt wird, trennt er die normalen Versorgungsleitungen N, L5
ab und schaltet die Notversorgungsleitungen EN, ELS zwecks Erregung der Transformatoren
TR 3 und TR 4 an. Dieser Notbetrieb wird mit Hilfe von Druckknöpfen PB
1, PB 2 in den Versorgungsleitungen von EL 5 zu
den Transformatoren
TR 3, TR 4 bewerkstelligt, so daß man den Motor M4 in der einen Richtung oder der
anderen Richtung von Hand stufenweise steuern kann. Anzeigelampen LP 6,
LP 7 zeigen diesen Notbetrieb an, während jeweils der Transformator TR3 oder
der Transformator TR 4 erregt ist.
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In F i g. 5 ist im einzelnen der Folgeregler SU 2 für den Luftdruck
dargestellt; wie beim Folgeregler SU1 der F i g. 4 besteht auch hier eine große
Ähnlichkeit mit dem Führungsregler. Dementsprechend werden für Schaltelemente, welche
die gleiche Funktion haben wie die im Führungsregler, entsprechende Bezugszeichen
unter Hinzufügung eines b benutzt. Der größte Teil der in F i g. 5 dargestellten
Schaltelemente arbeitet genauso, wie dies im Zusammenhang mit den F i g. 2 und 4
beschrieben wurde, insofern die gleiche Brückenkreisanordnung wahlweise die Erregung
eines Relais RL 1 b oder RL 2 b steuert, um den Druck der Verbrennungsluft
zu den Brennern zu erhöhen oder zu verringern. Eine Besonderheit besteht jedoch
bei dem Relais RL41, mit dessen Hilfe gegebenenfalls eine Verminderung des Luftdrucks
während eines der 2 Sekunden dauernden Impulse bewerkstelligt wird, jedoch nur für
die Dauer des Teilintervalls, welches durch Abfallen des Relais RL4 beendet wird.
Dies hat eine ähnliche Wirkung wie bei den Kontakten RL 31 in F i g. 4, insofern
der Öldruck proportional niedriger gehalten wird als der Luftdruck, und zwar in
diesem Fall dadurch, daß man den Öldruck schneller fallen läßt, während der Gleichgewichtszustand
sich ändert, wodurch wiederum übermäßige Rauchentwicklung der Brenner vermieden
wird.
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Natürlich stellt sich schließlich ein Gleichgewichtszustand ein, jedoch
ist die Arbeitsweise der Verzögerungsrelais so gewählt, daß der Luftdruckanstieg
seinen eigentlichen Gleichgewichtszustand vor dem Öldruckanstieg erreicht (und umgekehrt
bei Druckabfall).
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Weitere Unterschiede der F i g. 5 ergeben sich bei der tatsächlichen
Einjustierung des Luftdrucks. Diese wird durch Erregung eines Motors M5 in der einen
oder anderen Richtung relativ zu einer Anordnung bewerkstelligt, welche unter Bezugnahme
auf F i g. 6 beschrieben wird. Bei dem Motor M5 handelt es sich im Unterschied
zu dem Einphasenmotor M 4 der F i g. 4 um einen Dreiphasenmotor. Die Erregungsleitungen
werden dementsprechend unmittelbar von den Hauptversorgungsleitungen L 1, L 2 und
L 3 über normalerweise offene Relaiskontakte RL91 bis RL93 für höheren Luftdruck
oder über normalerweise offene Relaiskontakte RL 101 bis RL 103 für geringeren Luftdruck
angeschlossen. Diese Kontakte werden jeweils infolge Erregung von Relais RL9, RL
10 geschlossen, welche ihrerseits normalerweise zwischen den Versorgungsleitungen
N, L 5 vermittels der Kontakte RL 11b, RL 21b betätigt werden.
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Wie in F i g. 4 ist auch hier eine Notbetätigungsmöglichkeit für handgesteuerten
Betrieb vorgesehen, und zwar über die Versorgungsleitungen EN, EL5, wozu
man Kontakte S 64 bis S 66 und Druckknöpfe PB 3, PB 4 betätigt.
Darüber hinaus kann der Schalter S6 in eine »Aus«-Stellung gebracht werden, und
er muß für automatischen Betrieb zusammen mit den SchalternSl bis S4 umgelegt werden.
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F i g. 6 zeigt eine Ausbildungsform einer geeigneten Verbrennungsluftdruck-Steuervorrichtung,
die vom MotorM5 betätigt wird; sie besteht aus einem Hebelsystem, welches die Stellung
des Schleifers PRS4 b eines Rückkopplungspotentiometers steuert, wobei die
Stellung des Hebelsystems ihrerseits von einer Membran gesteuert wird, welche einem
Differenzdruck ausgesetzt ist. Die Membran ist mit 34 bezeichnet und steht an ihrer
einen Seite (der rechten Seite in F i g. 6) unter dem Druck, der in der Gebläsekammer
vom Gebläse erzeugt wird, und an ihrer anderen Seite unter dem Ofendruck, welche
Drücke jeweils an der Eingangsseite bzw. an der Ausgangsseite der Brennerdüsen herrschen.
Die Membranmitte ist mit einem Teil 35 verbunden, welcher die Position eines Zwischenpunktes
eines ersten Hebels 36 steuert, der an seinem unteren Ende schwenkbar gelagert ist
und mittels einer Zugfeder 37 an seinem oberen Ende gegen den Teil 35 gezogen wird.
Der Hebel 36 steuert die Position eines Teils 38, gegen welchen ein zweiter Hebe139,
der an seinem oberen Ende schwenkbar gelagert ist, mittels einer Zugfeder 40 gezogen
wird. An seinem unteren Ende weist der Hebel 39 einen Verbindungsarm 41 auf, welcher
die Stellung des Schleifers PRS 4 b steuert.
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Bei Betätigung dieser Vorrichtung durch den Folgeregler SU2 der F
i g. 5 öffnet der Motor M5 bei Verstimmung der Brücke des Folgereglers im
Sinne einer Vergrößerung der Flammhöhe den Gebläsedämpfer, so daß ein erhöhter Gebläsedruck
relativ zum jeweiligen Ofendruck erzeugt wird, wodurch die Membran 34 in F i g.
6 sich nach links bewegt und den Schleifer PRS 4 a betätigt, so daß Brückengleichgewicht
erzielt wird. In ähnlicher Weise spielt sich der umgekehrte Vorgang ab, wenn die
Flammhöhe vermindert werden soll. Ein vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden Ausführungsform
besteht darin, daß - wenn einer von mehreren Brennern abgestellt und zurückgezogen
wird, sobald die Kesselbelastung abnimmt - die Ölzufuhrrate automatisch von dem
in F i g. 4 gezeigten Folgeregler justiert wird, und zwar so, daß derselbe Öldruck
für die reduzierte Brennerzahl beibehalten wird und der Dämpfer entsprechend einjustiert
wird, so daß der gleiche Luftdruck beibehalten wird wie vorher. Diese Dämpferjustierung
beruht darauf, daß beim Schließen eines Brenners der Gebläsekammerdruck relativ
zum Ofendruck ansteigt und die Meinbran,
das Hebelsystem und der
Schleifer PRS 4 a sich so bewegen, daß sie überschüssigen Luftdruck anzeigen.
Das sich daraus ergebende Brückenungleichgewicht bewirkt, daß das zugehörige Relais
RL 2 b erregt wird und die Dämpferöffnung vermindert, bis wiederum Gleichgewicht
hergestellt ist.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß das Luft-Öl-Verhältnis der Brennstoffzufuhr
im wesentlichen konstant gehalten wird.
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Ein umgekehrter Vorgang spielt sich ab, wenn ein zusätzlicher Brenner
bei ansteigender Kesselbelastung in Betrieb gesetzt wird. In der Tat kann die Steuerung
der Zahl der in Betrieb befindlichen Brenner automatisch bewerkstelligt werden,
und zwar mit Hilfe der Grenzschalter LS 1 und LS 2 oder
LS 3 und mit Hilfe des pulsierenden Gleichstroms auf den Schienen
+DC und-DC. Man kann auf diese Weise eine Programmsteuerung schaffen, welche stufenförmig
arbeitende Elemente aufweist, die jeweils von den Gleichstromimpulsen in Betrieb
gesetzt werden, wenn der Grenzschalter für große Flamme oder der für kleine Flamme
betätigt wird, um schrittweise die Zahl der in Betrieb befindlichen Brenner zu vermindern
oder zu erhöhen, wodurch die in Betrieb befindlichen Brenner zu jeder Zeit normalerweise
mit einer geeigneten, mittleren Flammhöhe arbeiten, statt mit Maximalhöhe oder Minimalhöhe.
So kann z. B. ein erster Gleichstromimpuls oder eine vorausbestimmte Impulsgruppe,
welche der Betätigung des Schalters für Niedrigflamme folgt, bewirken, daß ein bestimmter
Brenner gelöscht wird; der nächste Impuls oder die nächste Impulsgruppe besorgt
die Reinigung des gelöschten Brenners mit Dampf, und der dritte Impuls bzw. die
dritte Impulsgruppe besorgt die Zurückziehung des gereinigten Brenners.
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Natürlich kann bei einer solchen Betriebsweise der Druck anschließend
abfallen, weil mit wenigen Brennern die Wärmezufuhr nachläßt, und die Hauptsteuereinheit
wird daher anschließend eine Steigerung der Brennstoffzufuhrdrücke bewirken. In
der Zwischenzeit wird jedoch das Luft-Öl-Verhältnis auf einem vorgegebenen Wert
für leistungsfähige Brennerarbeitsweise gehalten. Darüber hinaus können die Werte
dieses Verhältnisses im wesentlichen dadurch vorausbestimmt werden, daß man die
Position des Teils 38 zwischen den Hebeln 36 und 39 in Längsrichtung justiert, und
zwar mit Hilfe eines Knopfes 42 über eine nicht dargestellte Schraubenverbindung.
Die Feineinstellung dieses Verhältnisses kann durch entsprechende Einstellung der
Potentiometer PR 1 a,
PR 3 a sowie PR 1 b, PR 3 b in der Öluntersteuereinheit
und der Luftuntersteuereinheit erreicht werden.
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Im Interesse einer hohen Steuergenauigkeit im Betrieb ist die Widerstandsänderung
pro Winkeleinheit des Schleifers PRS2 kleiner als die entsprechende Änderung für
den Schleifer PRS4. So erstreckt sich das Potentiometer PR 4 über einen Bogen
von 22° und hat einen Widerstand von 2 k52, während das Potentiometer PR 2 einen
Widerstand von 1 k52 hat und sich über einen Bogen von 300° erstreckt. Unter Benutzung
dieser Werte resultiert aus jeder Winkelbewegung des Schleifers PRS4 eine Bewegung
des Schleifers PRS2, welche 27mal größer ist, und das System ist in der Lage, den
Druck bis auf ± 1 % des Arbeitsdrucks konstant zu halten.
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Wenn gewünscht, kann das System von Hand gesteuert werden, indem man
den Schalter S5 in der Position MAN beläßt. Die Brennerflammhöhe wird
dann durch Betätigung des Potentiometers PR 6 justiert. Wenn das System unter Handsteuerung
läuft, brennt die Lampe 33 dauernd. Als weitere Betriebsmöglichkeit wurde
vorstehend bereits die vorgesehene Notbetriebsanlage erwähnt.