DE1528782A1

DE1528782A1 - Mindestmengensteuerung fuer Kesselspeise-Kreiselpumpen

Info

Publication number: DE1528782A1
Application number: DE19641528782
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Odendahl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1964-08-29
Filing date: 1964-08-29
Publication date: 1969-07-10
Also published as: US3318321A

Description

W. Odendahl

OBEWNGEmEOB 5²7 Sfeg^fe^aCh (^d.). d.» 1 1 . Aug.

Fwniprech«: 3802 ,

Kmkroblndwig. Commtobank AG. , HÖmerichstr. ή.6 Wo/dSo

Filial· Gununrabaoh PMliehcck-Ioiiio UIn 149335 15 28 7 8?

- Mindestmengensteuerung für Kesselspeise-Kreiselpumpen -

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Schutz von Kesselspeise-Kreiselpumpen bei Schwach- und Nullastbetrieb, bestehend aus einem in eine Ablaufleitung eingebauten hydraulisch gesteuerten Mindest— mengenventil und einem in der Druckleitung der Speisepumpe eingeschalteten, mit einem zwangläufig gesteuerten ETebenauslaß versehenen, strömungsbetätigten Ventil, wobei der lebenauslaß des strömungsbetätigten Ventils mit dem Steuerzylinder des Mindestmengenventils verbunden ist.

Einrichtungen dieser Art sind bekannt. Die Steuerung des Mindestmengen-

ventils erfolgt bei einem Teil der bekannten Einrichtungen dadurch, daß ™ der Hebenäuslaß des strömungsbetätigten Ventils bei Übergang zum Schwach- und Nullastbetrieb zv/angläufig geöffnet wird, wodurch der S teuer zylinder des Mindestmengenventils mit dem Enddruck der Kreiselpumpe beaufschlagt und so das Minde.stmengenventil gegen den Druck einer Feder geöffnet wird.

Bei einer anderen bekannten Einrichtung wird der Steuerzylinder des Mindestmengenventils auf der einen Seite mit dem Druck einer niederen Stufe.der Kreiselpumpe und auf der anderen Seite mit dem Enddruck der ^; Kreiselpumpe beaufschlagt, vorzugsweise in der Form, daß der ITebenauslaß als Muschelsteuerschieber ausgebildet ist, der dia Druckatosehlüsse des Steüerzylinders beim .Umschalten vertauac-it.

Es ist eine ./eitere Einrichtung bekannt, bei der der Servokolben des Liinaestmengsnventils - in Scliließriclitung von Druck vor und in üffnungsriehtung vom Druck hinter dem strömungsbetätigten Ventil beaufschlagt ist, und der Sehaltvorgang bei überwiegen der Qffnungskraft von selbst vorgeht.

Die Erfindung geht von diesen bekannten Einrichtungen aus und besteht darin, daß der Steuersylinder des Mindestmengenventils auf der einen Seite mit dem durch den Itfebenaualaß des strömungsbetätigten Ventils modifizierten Enddruck der Speisepumpe und auf der anderen Seite mit dem Druck hinter dem Speiseregelventil oder dem Kesseld'ruck beaufschlagt ist«

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Der Vorteil einiger der bekannten Einrichtungen, daß der Lassigkeitsstroig, zum Verbraucher hin verläuft, bleibt bei der Erfindung erhalten. Der teil dieser bekannten Einrichtungen, daß der zur Betätigung des Servokolben erforderliche Differenzdruck relativ klein ist, wird bei der Erfindung dadurch vermieden, daß der Steuerstrom erst hinter dem Speiseregelventil zu^ "rückgeführt v/ird. Der Servokolben benötigt deshalb nur eine relativ geringe■ Xolbenflache. Dies ist besonders bei hohen Betriebsdrücken wichtig, weil mit wachsendem Kolbendurchmesser die Zylinderwandstärken sehr dick v/erden und dadurch die Gesamteinrichtung teuer, schwer und räumlich ausgedehnt wird.

Der bei Anwendung der Erfindung am Nebenauslaß zur Verfugung stehende Differenzdruck hat eine Höhe, die geeignet ist, auf hydraulischem Wege durch Ausbildung des unteren Schaftes als Kolbensteuerventil für das strömungsbetätigte Ventil eine Schließkraft zu erzeugen, die die Eigenfrequenz des Ventilkegels im gesamten Hubbereich oberhalb von 5 Hz hält. Bekanntlich ™ ' werden dadurch Resonanzerscheinungen vermieden. Bei einem bekannten Ventil wird zu diesem Zwecke die Schließkraft durch eine Feder erzeugt, die jedoch wegen Bruchgefahr unzuverlässig ist. Die hydraulische Schiießkraft gemäß Erfindung steht demgegenüber immer zur Verfügung.

Mit einem bekannten Ventil, dessen Ventilkegel zwei Steuerkegel mit stark unterschiedlichen Durchmessern besitzt, wird zur Vermeidung von Mengenschwingungen die Förderdruckkennlinie der Kreiselpumpe stabilisiert. Die Kraft zur Drosselung des Förderstromes wird dabei durch eine kräftige Schließfeder erzeugt. Diese Feder kann nach einiger Zeit etwas erlahmen, so daid die zur Stabilisierung erforderliche Drosselung nicht mehr in voller Höhe erreicht wird. Dadurch können Mengenschwingungen auftreten, die den Ventilkegel zum j Pendeln bringen und die Schließfeder überbeanspruchen, so daß diese bricht. Auch mit dem erfindungsgemäßen Ventil laut 3ich in der bekannten Weise die Stabilisierung der Förderdruckkennlinie einer Kreiselpumpe durchführen. Vorteilhaft ist dabei, daß die hydraulische Schließkraft mit dem Differenzdruck zwischen der Förderdruckkennlinie derKreiselpumpe und dem Druckverlauf hinter dem Speiseregelventil in einer V/eise abnimmt, die den Verzicht auf die Ausführung des strömungsbetätigten Ventilkegels mit doppeltem Steuerkegel gestattet.

Anhand der Zeichnungen wird nachstehend die Erfindung näher erläutert: Die Abb. 1 zeigt die Pumpen- und Wide'rstandskennlinien einer Dampfkesselanlage. Die Speisemenge Q ist in Prozent der höchsten Dauerleistung auf der Abszisse des Diagramms angegeben; die Ordinate trägt eine Einteilung in ■?' : 909828/0956

Prozent des Genehni'gungsdruokes D des Dampfkessels. Die Kurve η ist die manometrische Förderhöhe einer einzel arbeitenden S.peisepunipe, während H die Gesamtfürderkennlinie der beiden Speisepumpen der Anlage ist. Die Kurve w gibt die Rohrleitungs.viderstände hinter dem Speiseregelventil an. Die Y/iderstände vor dem Speiseregelventil sollen vernachlässigt werden. Mit D und w erhalt man die Kurve der erforderlichen Förderhöhe (D + w) _t ' die H bei 125 i° der höchsten Dauerleistung des Dampfkessels schneidet. Bei Betrieb einer einzigen Pumpe v/ird (υ + w) von der Kennlinie h bei etwa 75 fo der höchsten Dauerleistung geschnitten. Die Druckdifferenz zwischen dem Druckstutzen der Speisepumpe und dem Speiseregelventil ist bei Einzelbetrieb h - (υ + w) und bei Gesamtbetrieb bezogen auf die einzelne Pumpe gemäß Kurve d, die dadurch entsteht, daß die Druckdifferenz H - (D + χι) über die halbierten Q aufgetragen wird. Diese Druckdifferenzen verschwinden immer •dort, wo sich die Widerstandskurve mit den Förderdruckkennlinien schneidet. ! Das hat den Vorteil, daß der Nebenauslaß bei voller Pumpenleistung überhaupt nicht auf Strahlverschleiß beansprucht wird. "

Die Abb. 2 zeigt die erfindungsgemaße Mindestmengensfeuerungsanlage in einer bevorzugten Ausführungsform. Das Rückschlagventil 1 sitzt senkrecht auf dem Druckstutzen der Speisepumpe 2 und ist über das Absperrventil 3> die Speiseleitung 4» <las Speiseregelventil 5, den Hochdruckvorwärmer 6, die Rückschlagklappe 7 und das Absperrventil 8 mit dem Dampfkessel 9 verbunden. Der Seitenstutzen 10 des Rückschlagventils 1 ist durch das Mindestmengenventil und die Umlaufleitung 12 nebst Rückschlagventil 1j> nit dem Speisewasserzuluufbehälter 14 verbunden. Der untere Sohaft 15 des Rücksohlagkeo'els 16 des Rückschlagventils 1 ist als Kolbenschieber des Nebenaualaßsteuerventils 17 ausgebildet. Vom Neben^uslaßsteuerventil 17 führt die Steuerleitung 18 in den Zylinderraum unterhalb des Servokolbens 19 des liiindestmengenventils 11. Aus dem Zylinderraum oberhalb des Servokolbens 19 führt die Steuerleitung 20 mit i dem Rückschlagventil 21 hinter das Speiseregelventil 5· Die Steuerleitungen 18 und 20 können durch die Überbrückungsleitung 22 mit dem Drosselventil 23 verbunden sein.

Der Speisepumpe 2 läuft über die Zulaufleitung 24 und den Saugschieber 25 aus dem SpeisewasserbehLlter 14 das heiße Speise.msser zu. Bei geschlossenem Speiseregelventil 5· ist der Rückschlagkegel 16 in seiner Schließlage. Die Steuerschlitze 26 im unteren Schaft 15 lassen dann durch das Hebenauslaßsteuerventil 17 einen erhöhten Steuerstrom abfließen, der durch die Steuerleitung 18 und aie Riii^spaltabdichtung des Servokolbens 19 über die Steuerleitung 20 hinter das Speiseregelventil 5 strömt. Dadurch baut sich auf der unteren Seite des Servokolbens 19 ein Druck auf, der das iiindestmengenventil

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11 öffnet. Durch den Seitenstutzen 10 kann dann über die Umlaufleitung 12. die Mindestmenge in den Speisewasserzulaufbehälter 14 abströmen, so daß 'die· • Speisepumpe 2 vor Schwachlastschäden geschützt ist. sobald der Dampfkessel 9 ^:· eine Wassermenge benötigt, die größer als die Mindestmenge ist, die Regelung das Speiseregelventil 5 entsprechend weit geöffnet hat und die Pumpe wieder durch die Speiseleitung 4 fördert, wird durch die Strömung der Rücksohlagkegel 16 angehoben, wodurch sich die Steuerschlitze 26 des unteren Schaftes 15 schließen. Das Nebenauslaßsteuerventil>17 läßt dann nur noch einen ganz geringen Undichtigkeitsstrom durch. Da die Ririgspaltabdichtung des Nßbenauslaßsteuerventils 17 wesentlich kleiner als die des Servokolbens'19 is.t, ist der Undichtigkeitsstrom nicht in der Lage, unter dem Servokolben 19 einen nennenswerten Druck aufzubauen. Durch den Innendruck des Mindestmengenventils 11, der auf die Querschnittsfläche des Ventilschaftes 27 wirkt·, geht das Ventil in seine Schließlage und sperrt den Mindestmengenstrom· Oft ist es erwünscht, daß die Umlaufmenge kontinuierlich in Abhängigkeit von der Speisemenge derart gesteuert wird, daß die Summe beider Mengen im Schwach^ lastbereich konstant bleibt. Beim Erfindungsgegenstand kann man dies erreichen, indem in an sich bekannter Weise durch die Nadel 28 der Steuerstrom in Abhängigkeit vom Hub des Mindestmengenventils 11 zusätzlich gedrosselt wird. Es stellt sich dadurch bei 'einem bestimmten Hub ein Gleichgewicht zwischen der konstanten Schließkraft des Ventilsohaftes 27 und der hubabhängigen Öffnungskraft des Servokolbens 19 ein. In dieser Gleichgewichtslage verharrt der Ventilschaft 27 und läßt lediglich die dieser Öffnungsstellung entsprechende Menge abströmen. Der gleiche Effekt kann auch unter Verzicht auf die Nadel 28 durch eine auf dem Ventilschaft 27 angeordnete Feder erzielt werden, deren hubabhängige Kraft mit der Kraft des Servokolbens ins Gleichgewicht kommt. _: ι - ~

Die Abb. J zeigt eine besondere Ausführung des Nebenauslaßsteuerventils 17· An dem unteren Sohaft 15 ist noch ein besonderer Drosselstift 29 mit dem Steuerkopf JO vorgesehen, der mit der Verengung 31 zusammenarbeitet. In der unteren Stellung kann ein Fluß des Steuerstromes durch die Steuerschlitze und um den Steuerkopf 30 stattfinden. Der Strömungsquersehnitt der Steuerschlitze 26 ist relativ groß und die Schließkraft entsteht deshalb durch das am Drosseletift 29 herrschende Druckgefälle. Weil dieses nur auf den kleinen Querschnitt des Drosselstiftes 29 wirkt, ist in dieser Stellung die Schließkraft sehr klein. Sobald bei einem gewissen Hub der Steuerkopf 30 an der Verengung 31 den¹ Steuerstrom abdrosselt, schließt das Mindestmengenventil Bei weiterem Hub schließen mehr und mehr die Steuerschlitze 26 und übernehmen die Drosselung des Steuerstromeil, weil gleichzeitig, der Steuerkopf 30 die Verengung nach oben verläßt. Das entstehende Druckgefälle wirkt auf den

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-, Querschnitt des unteren Schaftes 15 und erzeugt eine grölte sehlieSkraft für den Rüekschlagkegel 16, der den Hauptstrom dadurch entsprechend stark drosselt. Weil gemäß dem Verlauf der Kurve d (Abb. 1) die Schließkraft sich mit wachsendem Durchfluß vermindert, wird der Hauptstrom in einer Weise gedrosselt, die die Förderdruckkennlinie h in die Druckkurve k (•Abb. 1) verändert. Die Druckkurve k ist im Teillastbereich steiler als; die Förderdruckkennlinie h, so daß Speiseregelung und Parallelarbeit der Pumpen erleichtert werden. Gegenüber der bekannten Kennlinienkorrektur ' ergibt sich bei der Erfindung der Vorteil, daß an den Schnittpunkten der Förderdruckkennlinien"mit der Kurve (D + w) praktisch keine Drosselverluste entstehen. Träten solche bei den Verhältnissen nach Abb. 1 auf, genügten die Speisepumpen nicht mehr den Vorschriften, denn sie könnten den bei 125 $ der höchsten Dauerleistung erforderlichen manometrischen Förderdruck nicht erbringen. ■

Die Erfindung kann auch bei bereits in Betrieb befindlichen Freilaufrückschlagventilen nachträglich angewandt werden. Zweckmä&ig ist dabei die Form nach Abb. 4· Der in seine Schließlage fallende Rückschlagkegel 16 öffnet den Freilaufschieber 32. Dadurch gelangt der Pumpendruck unter den Servokolben 19> der -oben mit dem hinter dem Speiseregelventil 5 herrschenden Druck beiastet ist, und öffnet das Minciestmengenventil 11. Eine bekannte Einrichtung besteht aus einem Freilaufrückschlagventil mit am Hebenauslaß angebrachten Druckminderventil, das durch Federkraft in Schließrichtung und durch eine Membrane, auf die der Pumpendruck gegeben wird,-' in Öffnungsrichtung belastet ist. Wenn bei dieser bekannten Einrichtung der Freilauf schieber .etwas undicht ist', baut sich unter der Membrane ein Druck auf, der gegen die Federkraft das Mindestmengenventil soweit öffnet, daß die der Undichtigkeit des FreilaufSchiebers entsprechende Menge abströmt. Das Mindestmengenventil wird mit dem Freilaufschieber undicht. Bei der Erfindung .ist das nicht der F-j.11, denn das Leckwasser des undichten FreilaufSchiebers strömt durch die Hingspaltabdichtung des Servokolbens 19 ab, ohne daß sich das Mindestmengenventil ti öffnet.

Es ist eine ffeitere Kombination eines Freilaufrückschlagventils mit einem servobetätigten Mindestmengenventil bekannt, bei der der Servokolben auf seiner Bückseite mit dem Druck der vorletzten Pumpenstufe beaufschlagt ist. Da der Servokolben mit Ringspaltabdichtung ausgeführt v/ird, bleibt bei undichtem Freilaufschieber das Mindestmengenventil geschlossen. Bei undichtem Freilaufschieber entsteht aber ein ständiger Verlust durch das zurückströmende Wasser. Außerdem ist es schwierig, bei den Pumpen nachträglich einen Rückführstützen an der vorletzten Pumpenstufe anzubringen«

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Claims

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Patentansprüche " ΙΌΔΌΙΟΔ

Einrichtung zum Schutz von Kreiselpumpen, insbesondere Kesselspeisepumpen, bei Schwach- und Hullastbetrieb, bestehend aus einem in eine Ablaufleitung eingebauten hydraulisch gesteuerten Mindestmengenventil und einem in die Druckleitung der Kreiselpumpe eingeschalteten, mit einem zwangsläufig gesteuerten Nebenauslaß versehenen strömungsbetätigten Ventil, w ob ei der liebenauslaß mit einer Seite des Steuerzylinders,des Mindestmengenventils verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Seite des Steuerzylinders mit einem hinter dem Zuflußregelventil (5) des Verbrauchers ($) entnommenen Druck beaufschlagt ist. ; J
2.) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der | Nebenausiaß als Kolbenschieber (15) ausgebildet ist, der von einer Seite mit dem Pumpendruck und von der anderen Seite mit dem reduzierten Druck beaufschlagt ist und dadurch einen wesentlichen Teil der Schließkraft des Rückschlagkegels (16) erzeugt.
3.) Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschieber (15) als Differentialkolbensehieber (Abb. 3) ausgebildet ist und die DrosselcLuerschnitte (26 bzw. 50/31) mit der Hubhöhe derart veränderlich sind, daß die erzeugte Schließkraft im mittleren Hubbereich ein Maximum hat.
4.) Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß der untere Schaft des Rückschlagkegels (16) gleichzeitig Kolbenschieber (15) ist. -

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