DE2832757A1

DE2832757A1 - Einrichtung zur druck- temperatur- und fuellstandsregelung fuer kessel

Info

Publication number: DE2832757A1
Application number: DE19782832757
Authority: DE
Inventors: Peter Braeuniger
Original assignee: VEIT KG BEKLEIDUNGSTECHNIK
Current assignee: Veit GmbH and Co
Priority date: 1978-07-26
Filing date: 1978-07-26
Publication date: 1980-02-07
Also published as: DE2832757C2

Description

Einrichtung zur Druck- Temperatur- und Füllstands-
regelung für Kessel Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Druck- Temperatur- und Füllstandsregelung von mit elektrisch leitenden Flüssigkeiten befüllten und beheizten Kesseln, insbesondere Dampferzeuger, bestehend aus einer elektrischen Steuer- und Regeleinrichtung für die Kesselheizung, den Kesseldruck und das Flüssigkeitsniveau sowie mit dem Kessel verbundenen Kennwertgebern, deren elektrische Ausgangsgrößen den zugehörigen Steuereingängen der Steuer- und Regeleinrichtung zugeführt sind und bei der der Kennwertgeber für den Füllstand eine metallische Sondenanordnung ist, die senkrecht von oben in die Kesselflüssigkeit eintaucht und in der Kesselwandung gehaltert ist.
Einrichtungen dieser Art für mit Fliissigkeiten befüllte beheizte Kessel sind beispielsweise durch das DE - GM 6945022 bekannt. Ihr Hauptanwendungsgebiet ist in der Erzeugung von Wasserdampf zu sehen, wie er beispielsweise in der textilverarbeitenden Industrie zum Dämpfen und Bügeln unter Einsatz von Dampfbügeleisen mitunter in großen Mengen benötigt wird. Für einen einwandfreien Betrieb solcher Dampferzeuger ist es erforderlich, neben dem Füllstand kontinuierlich die Wassertemperatur und den Dampfdruck zu überwachen und zu regeln. Neben einer Sondenanordnung für die Uberwachung des Füllstandes, mit deren Hilfe der Füllstand in gewissen vorgegebenen Grenzen gehalten wird, wird der Dampfdruck üblicherweise mittels eines Pressostaten überwacht, der einen nicht unerheblichen technischen Aufwand darstellt. Außerdem muß die Heizung gegen eine Zerstörung zusätzlich überwacht werden (Trockengehschutz). Wie die Praxis zeigt, geben übliche Sondenanordnungen immer wieder zu Betriebsstörungen Anlaß, weil die Elektrodenspitzen leicht verkalken oder aber durch Metallionenwanderung zerstört werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Einrichtung der einleitend genannten Art eine weitere Lösung anzugeben, die bei einem Minimum an technischem Aufwand eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Sondenanordnung alle erforderlichen Kennwertgeber in sich vereinigt und hierzu aus einem geschlossenen Metallrohr mit einer Ummantelung aus elektrisch nichtleitendem Material, beispielsweise Kunststoff, besteht, in dem an seinem unteren freien Ende ein temperaturabhängiger Widerstand in gut wärmeleitendem Kontakt mit der Ummantelung bzw. dem IXetallrohr angeordnet ist und daß der Kennwert für den Flüssigkeitsstand über die elektrische Messung der Größe der vom Füllstand abhängigen Kapazität des Metallrohres gegen die Kesselflüssigkeit und der Kennwert für die Temperatur bzw. den Druck über die elektrische Messung der Größe des temperaturabhängigen Widerstandes gewonnen ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Dampfdruck in einem flüssigkeitsbefüllten beheizten Kessel in einem festen Zusammenhang mit der Temperatur der Flüssigkeit steht und es insofern möglich ist, den Dampfdruck unmittelbar über die Temperatur der Flüssigkeit zu überwachen und zu regeln. Weiterhin wird bei der Erfindung davon ausgegangen, daß auf eine spezielle Temperatursonde verzichtet werden kann, wenn die Sonde für die Niveauüberwachung ein rohrförmiger kapazitiver Meßwertgeber ist, in dessen Innern die Temperatursonde untergebracht werden kann Eine solche galvanisch isolierte Sonde hat darüber hinaus den großen Vorteil, daß ihre Betriebseigenschaften weder durch Elektrodenverkalkung noch durch elektrolytische Vorgänge beeinträchtigt werden können.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt die Kapazität des Metallrohres gegen die Kesselflüssigkeit im Stromkreis einer Wechselspannungsquelle in Reihe zu einem ersten Lastwiderstand und der temperaturabhängige Widerstand im Stromkreis einer Gleichspannungsquelle in Reihe zu einem zweiten Lastwiderstand. Ferner ist die Spannung am ersten Lastwiderstand über einen Gleichrichter den ersten Eingängen von Komparatoren für die Überwachung der Flüssigkeitsniveaus zugeführt, an deren zweiten Eingängen unterschiedliche, die einzelnen Flüssigkeitsniveaus festlegende Bezugsspannungen anstehen. Außerdem ist die am zweiten iiastwiderstand abfallende Spannung dem ersten Eingang eines weiteren Komparators zugeführt, an dessen zweiten Eingang eine die Solltemperatur festlegende weitere Bezugsspannung ansteht. Die Ausgänge sämtlicher Komparatoren sind mit einer entsprechenden Zahl von Eingängen einer Åuswertelogik verbunden, die die ihr zugeführten Ausgangsgrößen der Komparatoren zur Steuerung von Schalteinrichtungen für die Betätigung der Heizeinrichtung sowie der Flüssigkeitszufuhr miteinander verknüpfen0 Wie bekannte Einrichtungen zur Niveau- und Druckregelung zeigen, gibt die Zweiniveauregelung, bei der die Flüssigkeitszufuhr eingeschaltet wird, wenn der Flüssigkeitsstand das untere Niveau erreicht hat und die Flüssigkeitszufuhr abgeschaltet wird, wenn der Flüssigkeitsstand das obere Niveau erreicht hat immer wieder zu Störungen Anlaß, die in Zusammenhang mit dem Trockengehschutz auftreten. Bei starker Dampf entnahme bei Dampfkesseln ergibt sich bei einem Füllstand unmittelbar über dem unteren Niveau eine Kettenreaktion, die eine erhebliche Verzögerung der weiteren Dampfbildung zur Folge hat. Die starke Dampf entnahme führt zunächst einmal zu einem Druckabfall der die Dampfbildung beschleunigt und damit den Flüssigkeitsspiegel zum Absinken unter das untere Niveau mit sich bringt. Die Regeleinrichtung reagiert hierauf mit dem Einschalten der Pumpe für die Flüssigkeitszufuhr, über die nunmehr der heißen Kesselflüssigkeit kühle Flüssigkeit zugeführt wird. Die Bblge hiervon ist ein weiterer Druckabfall, verbunden mit einem weiteren Absinken des Flüssigkeitsniveaus, durch zusätzliche Dampfbildung, die den Trockengehschutz zum Ansprechen bringt und damit die Heizung abschaltet. Der Druck und das Niveau fallen daraufhin noch weiter ab.
Es dauert dann eine ganze Weile, bis durch den Anstieg des Flüssigkeitsspiegels und die daraufhin eingeschaltete Heizung sich der Dampfdruck wieder auf seinen Sollwert erhöht.
In Weiterbildung der Erfindung läßt sich dieser unerwünschte Effekt dadurch in außerordentlich vorteilhafter Weise unterbinden, daß die Steuer- und Regeleinrichtung für die Überwachung von drei Füllstandsniveaus ausgelegt wird, derart, daß die Auswertelogik ausgangsseitig ein Betätigungssignal für die Flüssigkeitszufuhr und ein Unterbrechungssignal für die Heizeinrichtung abgibt, wenn er Flüssigkeitsstand das unterste Niveau unterschreitet, daß ferner in der Anstiegspllase des Flüssigkeitsspiegels dieses Betätigungssignal bestehen bleibt, bis das oberste Niveau erreicht ist, während im Bereich des Flüssigkeitsspiegels zwischen dem untersten und dem obersten Niveau das Signal für die lieizeinri.chtung abhängig davon, ob der weitere Komparator ein Überschreiten oder ein Unterschreiten der Solltemperatur anzeigt, ein Unterbrechungssignal oder ein Betätigungssignal ist und daß ausgehend vom obersten Niveau bei absinkendem Flüssigkeitsspiegel das ausgangsseitige Betätigungssignal der Auswertelogik für die E1issigkeitszufuhr erst bei Unterschreiten des mittleren Niveaus erneut auftritt.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten Fig. 1 eine in die Kesselwandung eingesetzte Sonde anordnung nach der Erfindung im Schnitt Fig. 2 das Blockschaltbild einer Steuer- und Regeleinrichtung für die Sondenanordnung nach Fig.1 Die Sondenanordnung nach Fig 1 besteht aus dem Metallrohr MR das von dem Kunststoffmantel KM einschließlich seiner beiden Enden umfaßt ist. Im Bereich der Verschraubung VS in die Kesselwand KW weist die Kunststoffummantelung eine Verstärkung DflV auf. Im freien unteren Ende des Metallrohrs MR ist der temperaturabhängige Widerstand Wt angeordnet und an dieser Stelle in das Metallrohr eingegossen.
Die Drähte mit den Anschlüssen a1/a2 für den temperaturabhängigen Widerstand sind nach oben aus dem Metallrohr herausgeführt. Von den Anschlüssen b1/b2 ist der Anschluß b2 mit der Kesselwandung KW und der Anschluß b1 mit dem Metallrohr MR verbunden. Diesen Anschlußpaaren entsprechen die in gleicher Weise bezeichneten Anschlußpaare der Steuer- und Regeleinrichtung StR nach Fig.2.
Die Steuer- und Regeleinrichtung StR nach Fig. 2 weist einen Wechselstromgenerator G auf, der mit seinem zweiten, nicht auf Bezugspotential liegenden Anschluß über den Vorwiderstand RV mit dem Anschluß b1 verbunden ist.
Der Anschluß b2 ist über den Lastwiderstand RL mit Bezugspotential verbunden. Gleichzeitig ist der Anschluß b2 mit dem Gleichrichter GL verbunden, der ausgangsseitig mit dem Anzeigeinstrument AI sowie den drei ersten Eingängen der Komparatoren K I, K II und K III verbunden ist. Die zweiten Eingänge der Komparatoren K I, K II und K III sind über die verschiedenen Anschlüsse eines Spannungsteiles mit den Serienwiderständen R 1, R 2, R 3 und R 4 an die Betriebsgleichspannungsquelle Ub 1 angeschaltet. Die unterschiedlichen Spannungswerte an diesen zweiten Eingängen der Komparatoren bestimmen die Niveaus I, II und III des Flüssigkeitsspiegels WS der Kesselflüssigkeit W nach Fig. 1.
Der weitere für die Temperaturüberwachung vorgesehene Komparator KT steht an seinem zweiten Eingang mit der die Bezugsspannung Ur liefernden Betriebsgleichspannungsquelle in Verbindung. Über seinen ersten Eingang ist er mit dem ebenfalls einen Lastwiderstand darstellenden Potentiometer P mit dem Anschluß a2 verbunden. Der Anschluß al liegt über die Betriebsgleichspannungsquelle Ub2 auf Bezugspotential, Die Ausgange der vier Kompara- toren K I, K II, K III und KT sind mit einer entsprechenden Anzahl von Eingängen der Auswertelogik AL verbunden. Die Auswertelogik AL weist zwei Ausgänge, und zwar einen Ausgang für die Steuerung der Schalteinrichtung HS für den Heizkreis und einen Steuerausgang für die Schalteinrichtung PS für die Flüssigkeitspumpe auf.
Der über die Anschlüsse a1/ a2 im Stromkreis der Betriebsgleichspannungsquelle Ub2 wirksame temperaturabhängige Widerstand Wt bewirkt am Abgriff des Potentiometers P einen von seiner Temperatur abhängigen Spannungsabfall, der mit der Bezugsspannung Ur im Komparator KT verglichen und das Vergleichsergebnis über den Komparatorausgang der Auswertelogik AL zugeführt wird.
Entsprechendes gilt für den Stromkreis des Wechselstromgenerators G, in dem über die Anschlüsse b1/ b2 die vom Flüssigkeitsstand abhängige Kapazität des Metallrohrs MR gegen die Kesselflüssigkeit W wirksam ist.
Der von der Größe dieser Kapazität abhängige Spannungsabfall am Lastwiderstand RL dient nach seiner Gleichrichtung im Gleichrichter GL für den Vergleich mit den Bezugsspannungen an den zweiten Eingängen der Komparatoren K 1, K II, K III, die ihrerseits die Vergleichsergebnisse an die Auswertelogik AL liefern Die Auswertelogik AL, die aus digitalen Bausteinen besteht, ist, wie bereits ausgeführt wurde, so ausgelegt, daß sie ausgangsseitig über die Schalteinrichtung PS die Pumpe für die Flüssigkeitszufuhr einschaltet und über die Schalteinrichtung HS die Kesselheizung ausschaltet, wenn der Flüssigkeitsspiegel WS nach Fig. 1 das Niveau III unterschreitet. Während der Anstiegsphase des Flüssigkeitsspiegels WS bleibt die Pumpe eingeschaltet, bis das Niveau 1 erreicht ist und dies der Anzeigelogik AL über den Ausgang des Komparators K I angezeigt wird. Im Bereich des Flüssigkeitsstandes zwischen dem Niveau III und dem Niveau 1 ist die Kesselheizung über die Schalteinrichtung H,3 ein- oder ausgeschaltetÇ je nachdem der Auswertelcgik AL iiber den Ausgang des Komparators KT ein Unter- oder Überschreiten der durch die Bezugsspamiung Ur festgelegten Solltemperator angezeigt wird. Weiterhin schaltet die Auswertelogik AL über die Schalteinrichtung PS die Pumpe bei sinkendem Flüssigkeitsspiegel, ausgehend vom Niveau I, erst wieder ein, wenn das Niveau II unterschritten wird.
3 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche 0 Einrichtung zur Druck-, Temperatur- und Füllstandsregelung von mit elektrisch leitenden Flüssigkeiten befüllten und beheizten Kesseln, insbesondere Dampferzeuger, bestehend aus einer elektrischen Steuer-und Regeleinrichtung für die Kesselheizung, den Kesseldruck und das Flüssigkeitsniveau sowie mit dem Kessel verbundenen Kennwertgebern, deren elektrische Ausgangsgrößen den zugehörigen Steuereingängen der Steuer- und Regeleinrichtung zugeführt sind und bei der der Kennwertgeber für den Füllstand eine metallische Sondenanordnung ist, die senkrecht von oben in die Kesselflüssigkeit eintaucht und in der Kesselwandung gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenanordnung (S) alle erforderlichen Kennwertgeber in sich vereinigt und hierzu aus einem geschlossenen Metallrohr (MR) mit einer Ummantelung (KM) aus elektrisch nichtleitendem Material, beispielsweise Kunststoff, besteht, in dem an seinem unteren freien Ende ein temperaturabhängiger Widerstand (Wt) in gut wärmeleitendem Kontakt mit der Ummantelung bzw. dem Metallrohr angeordnet ist und daß der Kennwert für den Flüssigkeitsstand über die elektrische Messung der Größe der vom Füllstand abhängigen Kapazität des Metällrohres gegen die Kesselflüssigkeit (W) und der Kennwert für die Temperatur bzw. den Druck über die elektrische Messung der Größe des temperaturabhängigen Widerstandes gewonnen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Metallrohres (MR) gegen die Kesselflüssigkeit (W) im Stromkreis einer Wechselspannungsquelle (G) in Reihe zu einem ersten Lastwiderstand (RL) und der temperaturabhängige Widerstand (Wt) im Stromkreis einer Gleichspannungsquelle (Ub 2) in Reihe zu einem zweiten Lastwiderstand (P) liegt, daß ferner die Spannung am ersten Lastwiderstand über einen Gleichrichter (GL) den ersten Eingängen von Komparatoren (E I, K II, K III) für die Uberwachung der Flüssigkeitsniveaus (I, II, III) zugeführt ist, an deren zweiten Eingängen unterschiedliche, die Flüssigkeitsniveaus festlegende Bezugsspannungen anstehen, daß außerdem die am zweiten Lastwiderstand (P) abfallende Spannung dem ersten Eingang eines weiteren Komparators (KT) zugeführt ist, an dessen zweiten Eingang eine die Solltemperatur festlegende weitere Bezugsspannung (Ur) ansteht und daß die Ausgänge sämtlicher Komparatoren mit einer entsprechenden Zahl von Eingängen einer Auswertelogik (AL) verbunden sind, die die ihr zugeführten Ausgangsgrößen der Komparatoren zur Steuerung von Schalteinrichtungen (los, PS) für die Betätigung der Heizeinrichtung sowie der Flüssigkeitszufuhr miteinander verknüpft.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung für die Überwachung von drei Füllstandsniveaus ausgelegt ist, derart, daß die Auswertelogik (AL) ausgangsseitig ein Betätigungssignal für die Flüssigkeitszufuht und ein Unterbrechungssignal für die Heizeinrichtung abgibt, wenn der Flüssigkeitsstand das unterste Niveau (III) unterschreitet, daß ferner in der Anstiegsphase des Flüssigkeitsspiegels (WS) dieses Betätigungssignal bestehen bleibt, bis das oberste Niveau (I) erreicht ist, während im Bereich des Flüssigkeitsspiegels zwischen dem untersten und dem obersten Niveau das Signal für die Heizeinrichtung abhängig davon, ob der weitere Komparator (KT) ein Überschreiten oder ein Unterschreiten der Solltemperatur anzeigt, ein Unterbrechungssignal oder ein Betätigungssignal ist und daß ausgehend vom obersten Niveau bei absinkendem Flüssigkeitsspiegel das ausgangsseitige Betätigungssignal der Auswertelogik für die Flüssigkeitszufuhr erst bei Unterschreiten des mittleren Niveaus (II) erneut auftritt.