DE1401626C - Einrichtung zum Konstanthalten des an der höchsten geodätischen Stelle eines luftgekühlten Kondensationssystems herrschenden Wasserdrucks - Google Patents

Description

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DieErfindungbetriffteineEinrichtungzumKonstant- lieh Wasser in diesen dünnen Rohrleitungen, in denen halten des an der höchsten geodätischen Stelle herr- es der Gefahr des Einfrierens ausgesetzt ist, wenn die sehenden Druckes für luftgekühlte Kondensations- Wärmeisolierung der Rohrleitungen noch so wirksam systeme mit einem Wasserkreislauf, bestehend aus ist. Die Lage wird noch dadurch erschwert, daß die einem Einspritzkondensator, einer Wasserpumpe, 5 Wärmeaustauscher in der Regel in eine Anzahl von einem Wärmeaustauscher und einem verstellbaren Elementen oder Einheiten unterteilt sind, die in einer druckvermindeinden Organ zum Konstanthalten eines von der Wetterlage abhängigen Zahl betrieben werden, an der höchsten geodätischen Stelle herrschenden Somit ist jede Einheit mit einem besonderen Impulsvorbestimmten Druckes durch Verstellen des druck- geber zu versehen, da ein beliebiges Element auch vermindernden Organs. io allein betrieben werden kann. Aber nicht nur eine Luftgekühlte Kondensationssysteme, die einen Anzahl von Impulsgebern, sondern auch eine ent-Mischkondensator nach einer Dampfturbine und sprechende Anzahl von Umschaltvorrichtungen muß einen luftgekühlten Wärmeaustauscher enthalten, sind vorgesehen sein, damit die Anzeigen ausgeschalteter bereits bekannt. In Einrichtungen dieser Art wird das Wäimeaustauschereinheiten wirkungslos, während jene Kühlwasser, das dann dem Kondensat gleich ist, 15 der eingeschalteten Einheiten entsprechend berückdurch eine Pumpe aus dem Mischkondensator über sichtigt werden, und zwar in einem System, das be-Rohrsysteme von Wärmeaustauschern zurück in den stimmt ist, eine vollkommen zuverlässige Betriebsweise Mischkondensator umgewälzt. Es ist auch bekannt, zu gewährleisten.

bei derartigen Systemen zu verhindern, daß bei Die Frage der Regelung wäre ersichtlich sehr ein-Sickerungen oder unerwarteten Betriebsfehlern Luft ao fach, wenn ein System verwendet werden könnte, das in die Einrichtung bzw. in das System gelangt. den Druck in Abhängigkeit vom an der höchsten Zwischen dem Druckstutzen der Umwälzpumpe und geodätischen Stelle des Systems herrschenden Druck einem Organ zum Aufrechterhalten eines bestimmten ändert bzw. regelt, wenn zu diesem Zweck keine im Druckes wird im System ein Druck aufrechterhalten, Freien errichtete Impulsrohrleitungen und keine der überall höher ist als der atmosphärische Luftdruck, 25 Umschaltvorrichtungen erforderlich wären, wobei das genannte Organ in der Strömungsrichtung Einrichtungen dieser Art sind bereits aus der gesehen nach dem Wärmeaustauscher vorgesehen ist. britischen Patentschrift 790 410 bekannt. Sie sind Organe zum Aufrechterhalten des Druckes dieser Art mit einem Wasserkreislauf, bestehend aus einem bestehen entweder aus einem geeigneten Ventil oder Einspritzkondensator, einer Wasserpumpe, einem aus einer Wasserturbine. Im letztgenannten Fall kann 30 Wärmeaustauscher und einem verstellbaren druckbei Hochleistungseinrichtungen die potentielle Energie vermindernden Organ, ausgestattet und dienen zum der durch die Umwälzpumpe bewirkten Druckzunahme Aufrechterhalten eines an der höchsten geodätischen gegen den im Mischkondensator herrschenden Unter- Stelle herrschenden vorbestimmten Druckes durch druck nutzbar gemacht werden. Das Organ zum Verstellen des druckvermindernden Organs. Somit Aufrechterhalten des Druckes, insbesondere die 35 wäre die Schaffung eines Reglers zur Lösung der Wasserturbine, muß offensichtlich derart geregelt gestellten Aufgabe auf Grund der britischen Patent-; werden, daß der gewünschte Überdruck durch diese schrift und von regelungstechnischen Kenntnissen Regelung im gesamten System gewährleistet wird. schon möglich. Aber bei einer derartigen Lösung Es ist auch bekannt, daß infolge des Aufbaues der würde der Sollwert des Druckreglers durch einen üblichen Wärmeaustauscher die Strömung des Kühl- 40 Regler in Abhängigkeit von der über die Rohrleitung wassers in einer senkrechten Richtung erfolgt. Somit strömenden Wassermenge verstellt. Es ist nun leicht fließt das Kühlwasser z. B. von dem unteren Teil einzusehen, daß diese im Fachgebiet übliche Art der des Wärmeaustauschers zum oberen Teil desselben, Regelung im Wesen sehr umständlich ist. Es müßten wo es umgekehrt wird und ebenfalls in senkrechter ein Druckimpulsnehmer, ein Wassermengenmesser, Richtung abwärts fließt, um dem Mischkondensator 45 ein Organ zum Herstellen des Sollwertes im Druckbzw, dem den Druck aufrechterhaltenden Organ zu- regler und selbstverständlich das durch den Impuls zufließen. In derartigen Fällen herrscht im System beeinflußte Organ vorgesehen sein, der geringste statische Druck immer an der höchsten Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den an geodätischen Stelle des Systems, so daß die Regelung der höchsten geodätischen Stelle einer luftgekühlten praktisch darin besteht, das den Druck aufrecht- 50 Kondensationsanlage herrschenden Druck mit mögerhaltende Organ mit einem Steuerimpuls zu ver- liehst einfachen Mitteln und unter Vermeidung von sehen, der in Abhängigkeit vom an der höchst- im Freien errichteten Impulsrohrleitungen konstant liegenden geodätischen Stelle des den Wärme- zu halten.

austauscher enthaltenden Systems herrschenden Druck Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geabgeleitet wird. 55 löst, daß je ein Fühler zwischen Wasserpumpe und Eine naheliegende Maßnahme für die geschilderte Wärmeaustauscher bzw. Wärmeaustauscher und Regelung wäre die Verstellung z. B. des Einlasses druckverminderndem Organ und ein Regelorgan zum der erwähnten Wasserturbine über eine Rohrleitung, Bilden eines Steuersignals für die Verstellung des die die höchstliegende geodätische Stelle des Wärme- druckvermindernden Organs aus der Summe der austauschers bzw. des Luftkondensationssystems mit 60 Ausgangssignale der beiden Fühler vorgesehen sind, dem Einlaß der Wasserturbine verbindet und den Es kann leicht eingesehen werden, daß die Eingewünschten Steuerimpuls liefert. Rohrleitungen die- richtung gemäß der Erfindung wesentlich einfacher ser Art sind aber in der Regel lang und bestehen aus und somit vorteilhafter ist als die bekannte Andünnen Rohren, die im Freien errichtet sind, oder Ordnung etwa gemäß der britischen Patentschrift, gegebenenfalls aus elektrischen Leitungen von beson- 65 Um sie aber zu schaffen, muß man den grundlegenden derer Zuverlässigkeit, deren Instandhaltung ziemlich Erfindungsgedanken kennen, damit durch Ausnutzung heikel und umständlich ist, insbesondere bei Frost- der Zusammenhänge, die den Grund der Regelung gefahr. Unter normalen Verhältnissen verweilt näm- bilden, die einfache Regelungsart gemäß der Erfindung

gefunden werden kann. Demgemäß sind bei der Erfindung außer dem beeinflußten Organ lediglich zwei einander gleiche Druckimpulsnehmer und eine Addierschaltung für die Impulse erforderlich. Die Fortschrittlichkeit der Einrichtung gemäß der Erfindung liegt dabei darin, daß sowohl die Umwälzpumpe als auch die Wasserturbine im Maschinenraum einer Kraftanlage unmittelbar nebeneinander angeordnet werdsn und in der Regel eine gemeinsame Welle aufaxialen Mittellinien der Pumpe und der Wasserturbine nicht in derselben Höhe liegen oder der hydraulische Widerstand zwischen dem Druckstutzen der Umwälzpumpe und der höchsten geodätischen Stelle des Wärmeaustauschers nicht dem Widerstand zwischen der höchsten geodätischen Stelle des Wärmeaustauschers und der Wasserturbine gleich ist. Es sei nämlich A₁ der geodätische Höhenunterschied zwischen der höchsten geodätischen Stelle des Wärmeaustauschers

weisen können. Dann sind aber auch die Impuls- 10 und der axialen Mittellinie der Pumpe, A₂ der geo-

rohrleitungen der Frostgefahr nicht mehr ausgesetzt. dätische Höhenunterschied zwischen der höchsten

Auch ist es belanglos, welche Elemente oder Einheiten geodätischen Stelle des Wärmeaustauschers und der

des Wärmeaustauschers betrieben werden. axialen Mittellinie der Wasserturbine, T₁ der hydrau-

Es soll noch gezeigt werden, daß gemäß dem Grund- lische Widerstand zwischen dem Druckstutzen der

gedanken der Erfindung die statischen Drücke, die 15 Umwälzpumpe und der höchsten geodätischen Stelle

des Wärmeaustauschers und r₂ der hydraulische Widerstand zwischen der höchsten geodätischen Stelle des Wärmeaustauschers und der Wasserturbine. Dann ist offensichtlich

und

P + A₁ -f T₁ = P₁ P + A₂ - r₂ = P₂.

Da das Verhältnis der obenerwähnten hydrau-

Ψ =

(2 a)

an den genannten Stellen gemessen werden sollen, tatsächlich dazu dienen können, den Wert des an der höchsten geodätischen Stelle des Wärmeaustauschers herrschenden Druckes eindeutig zu ermitteln bzw. abzuleiten und zu bestimmen. Wenn nämlich Wärmeaustauscher verwendet werden, deren Rohre senkrecht angeordnet sind, wobei in der einen Hälfte des Wärmeaustauschers das Wasser aufwärts strömt, während in der anderen Hälfte eine abwärts gerichtete

Wasserströmung stattfindet, ferner der statische Druck as lischen Widerstände beim Druckstutzen der Umwälzung P₁, die Höhe der höchsten geodätischen Stelle des Wärmeaustauschers · _t » . _t . η über die gemeinsame axiale Mittellinie der Umwälz- ' _ _

pumpe und der Wasserturbine A, der hydraulische ² ™ ¹

Widerstand des gesamten Systems r und der unmittel- 30 ist. Beim Addieren der Gleichungen (1) und (2) wird bar vor der Wasserturbine herrschende statische _

Druck P₂ ist, kann der an der höchsten geodätischen Pi + "a = 2 · P + A₁ + A₂ + (1 — <p) T₁ (3)

Stelle des Wärmeaustauschers herrschende statische Druck P durch folgende Gleichungen bestimmt werden:

P + A + r/2 = P₁ (a)

P + h - r/2 = P₂. (b)

Hieraus folgt, daß

erhalten. Da die Höhenunterschiede A₁ und A₂ notwendigerweise konstant sind, während der Druck P auf einem vorbestimmten Wert konstant gehalten werden soll, wird bei Einführung von

P₁ + P₁ = 2 ■ (P + A)

(C)

2P + A₁ + A₂ = k_lt wo Ar₁ einen konstanten Wert bedeutet, Λ+ P₈ = *! + (! -ψ) T₁.

Ferner nimmt die Gleichung (1) bei Einführung von

P + A₁ = A:, (6)

= Λ

(7)

an, woraus folgt, daß schließlich

T₁ = P₁ - A:,. (8)

Wird dieser Wert in die Gleichung (5) eingeführt,

so ist

P₁+ P₉ = Ic₁+ (I- ψ) (P₁ - Ar₁)

ist. Ist somit bei bekannter geodätischer Höhe A für den Druck P ein konstanter Wert vorgeschrieben, hat die Regelung der einzigen Forderung gerecht zu 45 die Form werden, gemäß welcher der Wert (P₁+ Pa) konstant gehalten werden muß. Erfährt nämlich die umgewälzte Wassermenge eine Änderung, so wird durch diese Änderungen lediglich der Widerstand r geändert. Der Wert P₂ ist aber unabhängig von diesem Wider- 5° stand, wie dies aus der Gleichung (c) hervorgeht. Dies bedeutet, daß der Wert P des gewünschten und vorgeschriebenen Druckes keiner Änderung unterworfen ist, wenn die Summe der am Druckstutzen der Umwälzpumpe bzw. am Einlaßstutzen der 55 ^und ß^eordnet Wasserturbine herrschenden statischen Drücke kon- ρ

stant gehalten wird. Somit hat die Regelung ausschließlich die Aufgabe, die Summe P₁ und P₂ der Drücke konstant zu halten. Als Impulsgeber ist demgemäß eine Druckintegriervorrichtung zu verwenden, die die Betätigung bzw. die Wirkungsweise des Druckregelungsorgans, d. h. des Ventils oder der Wasserturbine, beeinflußt.

Dies trifft auch für den Fall zu, wo die erwähnten geodätischen und hydraulischen Verhältnisse bezug- 65 durch eine Rohrleitung 4 in einen Teil 5 eines Wärmelich des an der höchsten geodätischen Stelle herr- austauschers. Aus diesem Teil strömt das Kühlwasser sehenden Druckes nicht symmetrisch sind. Eine in eine Umkehrkammer 6 am oberen Teil des Wärme-Asymmetrie dieser Art tritt ein, wenn z. B. die austauschers. Sodann fließt es in den anderen Teil 7

und somit

+ ψΡι = Ar₁-(I-P_a + φ P_x = const.

(9) (10)

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung für den symmetrischen Fall ist in Fig. 1 dargestellt, wo das Kühlwasser durch eine Umwälzpumpe 3 über eine Rohrleitung 2 aus einem Mischkondensator 1 entfernt wird. Das Kühlwasser gelangt

des Wärmeaustauschers, aus welchem es über eine Rohrleitung 8 einer Wasserturbine 9 zufließt. Durch die Steuereinrichtung gemäß der Erfindung wird nun der Einlaßquerschnitt der Wasserturbine 9 geregelt. Das aus der Wasserturbine 9 entweichende Kühl- S wasser strömt durch eine Rohrleitung 10 in Spritzdüsen 11 des Mischkondensators 1, wodurch dann der Wasserkreislauf beendet ist. Die höchste geodätische Stelle der Einrichtung ist mit 12 bezeichnet. Der an dieser Stelle herrschende Druck P soll auf einem gewünschten Wert gehalten werden, der etwas höher ist als der atmosphärische Druck. Im Sinne der Erfindung wird aber der Druckimpuls nicht von dieser höchsten geodätischen Stelle abgeleitet. Statt dessen werden Stellen 13 und 14 für die Ableitung des Steuerimpulses gewählt, die den Druckstutzen der Umwälzpumpe 3 bzw. den Einlaßstutzen der Wasserturbine 9 bezeichnen und je mit einem Druckfühler IS bzw. 16 versehen sind. Die Druckfühler regeln z. B. einen elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von den Änderungen des gefühlten Druckes. Beide Druckfühler sind mit einem Regelorgan 17 verbunden, mittels dessen die durch die Druckfühler eingestellten Widerstände addiert werden. Ferner sind die Druckfühler 15 und 16 mittels eines Betätigungsorgans 18 verbunden, das vorgesehen ist, um den Einlaßquerschnitt der Wasserturbine derart zu regeln, daß die Summe der Widerstände konstant bleibt. Der konstante Wert der Summe der Widerstände bedeutet einen konstanten Wert der Summe der bei den Stellen 13 und 14 herrschenden Drücke. Dies bedeutet wieder, daß der bei der Stelle 12 herrschende Druck konstant ist, wie dies dem Grundgedanken der Erfindung entspricht.

Fig. 2 zeigt ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die hydraulischen Widerstände der Rohrleitungen und des Wärmeaustauschers zwischen den Stellen 13 und 12 bzw. 12 und 14 ungleich sind.

In diesem Fall werden die bei den Stellen 13 und 14 herrschenden Drücke durch das Regelorgan 17 erst addiert, nachdem sie vorher im Verhältnis der hydraulischen Widerstände zwischen dem Druckfühler 13 und der höchsten geodätischen Stelle 12 des Wärmeaustauschers sowie zwischen dieser höchsten Stelle 12 und der Stelle 14 gewogen worden sind. Das Regelorgan 17 hält diese gewogene Summe der Widerstände mittels des Betätigungsorgans 18 konstant.

Es sei z. B. angenommen, daß die hydraulischen Widerstände zwischen den Stellen 13 und 12 bzw. zwischen den Stellen 12 und 14 bei einer gegebenen Strömungsgeschwindigkeit des Wassers 2 bzw. 1 m Wassersäule entsprechen. Dann ist gemäß Gleichung (2a) der Faktor φ gleich V₂. Nun soll gemäß Gleichung (10) der halbe Wert des durch den Druckfühler 15 gefühlten Druckes P₁ mit dem durch den Druckfühlerlö ermittelten Druck P₂ addiert werden, wobei eine Änderung des elektrischen Widerstandes beim Druckfühler 15 um 1 Ohm z. B. einer Druckänderung um 0,1 m Wassersäule, während eine Änderung des Widerstandes im Druckfühler 16 um 2 Ohm einer Druckänderung von 0,1 m Wassersäule entspräche. Im übrigen arbeitet die Steuereinrichtung, wie dies beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 geschildert worden ist.

Die Erfindung ist an Hand von Regelorganen beschrieben worden, die elektrisch arbeiten. Anstatt elektrischer Regelorgane können aber offensichtlich beliebige andere Arten von Steuerorganen, wie hydraulische, mechanische und pneumatische Regelvorrichtungen, verwendet werden. Die beschriebene Art der Steuerung wie auch die in den Figuren dargestellten Ausfühningsformen können auch verwendet werden, wenn die Wasserturbine 9 durch ein druckverminderndes Ventil ersetzt wird, wie dies insbesondere bei Luftkondensationsanlagen mittlerer Größe vorkommen kann. In diesen Fällen dient das Betätigungsorgan 18 zum Ändern der Querschnittsfläche des Durchlaßquerschnitts des druckvermindernden Ventils. Sonst arbeitet aber die Einrichtung, wie dies an Hand der Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zum Konstanthalten des an der höchsten geodätischen Stelle herrschenden Druckes für luftgekühlte Kondensationssysteme mit einem Wasserkreislauf, bestehend aus einem Einspritzkondensator, einer Wasserpumpe, einem Wärmeaustauscher und einem verstellbaren druckvermindernden Organ zum Konstanthalten eines an der höchsten geodätischen Stelle herrschenden vorbestimmten Druckes durch Verstellen des druckvermindernden Organs, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Fühler (15 bzw. 16) zwischen Wasserpumpe (3) und Wärmeaustauscher (5, 6, 7) bzw. Wärmeaustauscher (5, 6, 7) und druckverminderndem Organ (9) und ein Regelorgan (17) zum Bilden eines Steuersignals für die Verstellung des druckvermindernden Organs (9) aus der Summe der Ausgangssignalc der beiden Fühler (15, 16) vorgesehen sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen