DE297097C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erhaltung einer gleichmäßigen Überhitzungstemperatur ist für die angeschlossenen Maschinen, namentlich Turbinen, außerordentlich wichtig, weil bei wechselnder Temperatur des Dampfes Materialspannungen entstehen, wodurch sich die hoch belasteten Teile werfen oder solche Spannungen entstehen, daß Reibungen und Deformationen hervorgerufen werden. Es ist außerdem nicht selten, daß da-

ίο durch die sämtlichen Turbinenschaufeln durch die hohen Schwungkräfte abgeschert werden.

Man hat deshalb bereits verschiedene Wege

eingeschlagen, um den mit der Stärke des

Feuers leicht schwankenden Überhitzungsgrad

!5 zu regeln, und zwar kommen eine Anzahl Vorschläge in Frage, die hier aufzuzählen zu weit führen würde.

Die verschiedenen Verfahren gipfeln darin, daß entweder der Überhitzer mehr oder weniger von dem Heizgasstrom aus- oder abgeschaltet wird, oder aber der überhitzte Dampf wird später gekühlt. Letzteres kann wieder dadurch geschehen, daß der Heißdampf durch Kühlwasser geleitet wird, oder aber in die Heißdampfleitung wird entsprechend der Temperatur Wasser eingespritzt. Auch ist vorgeschlagen, aus dem Kessel verschieden nassen Dampf zu entnehmen und dadurch den Überhitzungsgrad zu beeinflussen.
.3° Die Nachteile dieser Verfahren bestehen meistens darin, daß die zu regelnden Teile in den heißen Feuergasen verbrennen und sich verbiegen, oder daß dieser oder jener Teil des Überhitzers bzw. der Regelungseinrichtung durch Kesselsteinniederschläge verunreinigt wird, wodurch die Kühlung oder die dauernde Wirkung der Regelungseinrichtung in Frage gestellt wird. Auch besteht die Gefahr, daß Wasser mit in die Nutzdampfleitung zur Maschine gerissen wird durch unrichtige Regelung oder undichte Rohrleitungen.

Sind diese Verfahren schon an sich mit leicht sich bemerkbar machenden Mängeln behaftet, so tritt als wesentlicher Nachteil hinzu, daß die Einstellung der Regelungs- oder Mischventile von der Aufmerksamkeit des Heizerpersonals abhängig ist und somit allen Möglichkeiten unterliegt, die sich in einem Kesselhause leicht zu einem hohen Gefahrengrad auswachsen und das Kesselpersonal ohnehin schon durch andere ebenso wichtige Vorgänge mit der vollen Aufmerksamkeit in Anspruch genommen ist.

Es ist allerdings schon vorgeschlagen, durch Einschaltung thermostatischer Vorrichtungen die Regelung zu beeinflussen, jedoch bewähren sich diese Vorrichtungen nicht und haben auch den Nachteil, daß der Dampf bereits seinen normalen Überhitzungsgrad überschritten haben muß, um überhaupt ansprechen zu können. Diese Vorrichtungen liegen in bezug auf die ^: Dampfströmung hinter dem Überhitzer, während es weit vorteilhafter ist, die Regelung möglichst weit vor dem Überhitzer anzuordnen.

Das neue Verfahren besteht nun darin, daß die Misch- und Regelungsventile für die oben erwähnten bekannten Regelungsverfahren durch den Zirkulationsdruck des umlaufenden Kesselwassers beeinflußt werden. Es soll hiernach die Regelung vom Heizer unabhängig sein, nachdem er die Überhitzung auf eine nor-

male Dampfentnahme eingestellt hat. Die Einwirkung des Zirkulationsdruckes soll beispielsweise an einem der verschiedenen Regelungsverfahren erläutert werden, und zwar wenn verschieden nasser Dampf aus dem Kessel entnommen und vor Eintritt in den Überhitzer gemischt wird.

Es wird aus dem einen Arm des Dampfentnahmestutzens reiner Sattdampf dem Überhitzer zugeführt und normal überhitzt, entsprechend einer beispielsweisen Verdampfung von 25 kg pro Quadratmeter. Dieser Verdampfung entspricht auch ein bestimmter Zirkulationsdruck, der das Mischungsverhältnis beeinflussen soll, sobald dieser Druck überschritten wird. Bei 25 kg Verdampfung kann man eine Zirkulationsgeschwindigkeit des Wassers im Kessel mit 3 m/sek. annehmen, jedoch ist diese Geschwindigkeit verschieden je nach dem Kesselsystem, was bei Benutzung des Verfahrens zu berücksichtigen ist. Wird die Verdampfung beispielsweise auf 30 kg, also um 20 Prozent der normalen Leistung gesteigert, so ist dazu ein entsprechend stärkeres Feuer notwendig, das auch viel höhere Heizgastemperaturen in den Überhitzerraum bringt, so daß die höhere Wärmezufuhr nicht in dem Maße von dem Dampf des Überhitzers abgeführt werden kann. Die Heißdampftemperatür steigt daher über das Normale, wenn nicht die durch die höhere Dampfentwicklung bedingte Zirkulationsgeschwindigkeit nunmehr eine Mischung von Sattdampf und nassem Dampf eintreten ließ. Durch den Eintritt des

nassen Dampfes ist der Überhitzer gezwungen, den nassen Dampf nachzuverdampfen, so daß hierdurch eine stärkere Kühlung und Wärmebindung stattfindet, die ohne die Dampfnässe zu hohe Uberhitzertemperaturen verursachen würde. Steigt die Dampfentwicklung weiter, so geht damit die Zirkulationsgeschwindigkeit des Wassers Hand in Hand, und dementsprechend wird auch beispielsweise die Stellung irgendwelcher Regelungsorgane in den beiden Dampfentnahmearmen verstellt werden, so daß der normale Überhitzungsgrad nicht nennenswert schwanken kann.

Die Übertragung des Zirkulationsdruckes auf die Verschlußorgane der Dampfentnahmestellen kann durch bekannte Elemente (Hebel, Seil 0. dgl.) erfolgen. Die Einstellung des Normalverhältnisses in der Überhitzung bzw. die Einstellung der Klappen in den Dampfentnahmestellen erfolgt durch eine von der Außenseite zu bedienende Schraubenspindel 0. dgl, durch die eine Feder- oder Gewichtsbelastung der Verschlußorgane verändert wird.

Die Verstellung selbst durch den Zirkulationsdruck kann in verschiedener Weise erfolgen, und zwar entweder an der Hauptdampfentwickelungsstelle über einem Stutzen. Hier wird ein Hebel mit einem Löffel oder einem sonst geeigneten Fangorgan angebracht, und die jeweilige Stärke des Zirkulationsdruckes überträgt sich durch die Hebelverbindung auf die Verschlußstellung an den Dampfentnahmerohren. Bei anderen Kesselarten, wo mehr eine reine Wasserbewegung in der Längsachse des Kessels eintritt, soll die Beeinflussung der Verschlußorgane in der Weise geschehen, daß in die Zone der stärksten Wasserbewegung eine Prellplatte taucht, die an einen Hebelarm angreift, der beide Verschlußorgane in eine entlastende Stellung zueinander bringt. Dies letztere Merkmal der entlastenden Stellung ist wichtig, damit das Mischungsverhältnis durch die Dampfströmung als solche nicht merklich beeinflußt werden kann.

Bei anderen Kesselarten läßt sich die Beeinflussung des Dampfgemisches in günstiger Weise dadurch bewirken, daß man in die Wasserfallrohre oder -stutzen einen Eimer, ein Lot oder ein ähnliches Element einhängt. Durch die verschieden starke Dampfentwicklung entsteht über dem Stutzen ein Wasserdruck, dagegen unterhalb des Stutzens eine Saugwirkung, und indem man gerade das beeinflussende Organ in einen derartigen Stutzen hängt, hat man nicht nur erhebliche Kräfte zur Beeinflussung zur Verfügung, sondern es ist auch anzunehmen, daß beide Wirkungen eine größere Gleichmäßigkeit der Beeinflussung ergeben, während über einem Dampfentwicklungsstutzen das Regelorgan vielleicht zu sehr unter einer stoßweisen Dampfentwicklung leidet und dadurch ein zu starkes Spiel der Verschlußorgane ergibt.

Ist der Unterschied zwischen dem reinen Sattdampf und dem nassen Dampf nicht ausreichend genug im Vergleich zu den Schwankungen in der Befeuerung des Kessels, so wird für diesen Fall die Erfindung dahin ausgebildet, daß die Naßdampfentnahme in die normale Wasserstandslinie verlegt wird. Dies geschieht in einfacher Weise durch einen Schwimmer, auf dem sich teleskopartig ein erweiterter Rohrkörper befindet, der mit seitlichen Dampfeintrittsöffnungen in der Wasserstandshöhe versehen ist. Außerdem erhält der Schwimmer einen Prellschirm oder kann in no der bereits angedeuteten Weise durch den Zirkulationsdruck angehoben und gesenkt werden, so daß hierdurch in der Seitenöffnung des teleskopartig bewegten Entnahmekörpers schlitz- oder keilförmige Durchtrittsöffnungen freigegeben werden für den Naßdampf. Da in den Entnahmerohren ein gewisses Druckgefälle herrscht, so ist der Dampf gezwungen, die Wasseroberfläche zu bestreichen bzw. wird nur gerade der am Wasserspiegel lagernde Dampf für die Zuführung in den Überhitzer benutzt. In dem erweiterten Rohrkörper kann

etwaiges mitgerissenes Wasser sich wieder von dem Dampf trennen und durch Öffnungen im Boden des teleskopartig bewegten Körpers wieder zum Kesselwasser übertreten. Damit diese ganze Einrichtung nicht zu sehr dem freien Spiel des Wassers ausgesetzt ist, ist um sie herum ein Hohlzylinder aufgehängt, der teilweise in das Kesselwasser und teilweise in den Dampfraum reicht.

to In der Zeichnung ist die Erfindung veranschaulicht, und zwar stellen Fig. ι bis 3 verschiedene Ausführungsformen des Verfahrens an einem und demselben Kessel dar, während Fig. 4 und 5 eine besondere Ausbildung der Einrichtung darstellen zur Entnahme besonders nassen Dampfes.

Grundsätzlich sei gleich hier erwähnt, daß das Verfahren sich bei jeder Kesselart, wenn auch mit einigen Abänderungen, verwenden läßt, und es ist unmöglich, die zahlreichen Kesselarten mit der eingebauten Einrichtung hier zur Darstellung zu bringen, vielmehr wird es für den Fachmann genügen, an Hand eines Beispiels den Erfindungsgedanken zu erkennen, um darnach bei den verschiedenen Kesselarten das Verfahren sinngemäß anzuwenden.

Fig. ι bis 3 stellen einen Wasserrohrkessel allgemein gebräuchlicher Form dar, und zwar unter Fortlassung der Wasserrohre und der Wasserkammern, die hier nicht weiter in Betracht kommen.

Aus den beheizten Wasserrohren steigt ein Dampfwassergemisch hoch, und zwar durch den Sammelstutzen α (Fig. 1), um den Dampfraum des Oberkessels b zu erreichen. Durch den Auftrieb des entwickelten Dampfes wird ein bestimmter Bruchteil des Kesselwassers mitgerissen, das durch den hinteren Stutzen c wieder ergänzt wird. Es entsteht ein Kreislauf des Kesselwassers in der Pfeilrichtung, genau wie beim Kochprozeß. Das aus dem Stutzen α ausgeworfene Dampfwassergemisch im Vorderkessel würde für eine direkte Verwendung wenig brauchbar sein, weil in dem frei werdenden Dampf noch zu viel Wasserteilchen schweben. Es wird daher gewöhnlich der Dampf an der Stelle des Kessels entnommen, der von dem Hauptentwicklungsstutzen am weitesten entfernt ist, weil auf dem Wege dorthin der mitgeführte Wassernebel sich niederschlagen kann. Der trockene Sattdampf wird daher in bekannter Weise durch ein an der Oberseite geschlitztes Rohr d' entnommen und durch den Stutzen e zur Verbrauchsstelle bzw. zum Überhitzer geführt. Für die Ausführung des Regelungsverfahrens führt nun ein zweiter Arm f der Dampfentnahme β zu dem vorderen Teil des Kessels, wo der Dampf noch stark mit Wassernebel durchsetzt ist.

Da der nicht dargestellte Überhitzer in der Praxis stets so bemessen wird, daß er bei normaler Beanspruchung des Kessels den verlangten Überhitzungsgrad liefert, so bleibt bis zu dieser Grenze das Naßdampfentnahmerohr f geschlossen, und zwar geschieht dies hier durch eine Klappe g, die einerseits unter Wirkung der Feder h steht, deren Spannung sich von außen in bekannter Weise verändern läßt, während an dem anderen Arm der doppelarmig wirkenden Klappe g. ein Löffel i oder ein ähnliches Organ befestigt ist.
Die Wirkung ist nun folgende:
Das Dampfwassergemisch wird durch den vorderen Stutzen α in den Oberkessel geworfen, und dabei tritt ein Teil desselben in den Löffel i ein. Bis zur normalen Beanspruchung bzw. Beaufschlagung des Löffels i hält die Feder h der Druckwirkung das Gleichgewicht, und die Klappe g bleibt geschlossen. Erst wenn durch ein stärkeres Feuer die Dampfentwicklung über die normale Grenze gesteigert wird, wird der Zirkulationsdruck im Löffel i so stark, daß die Klappe g anfängt, den Eintritt des Dampfes in das Rohr f freizugeben. Der trockene Dampf, der durch den Arm d eintritt, erfährt jetzt eine Mischung mit dem durch das Rohr f eintretenden nassen Dampf, und diese Mischung wird durch den Stutzen e zum Überhitzer geführt. Durch das stärkere Feuer treffen aber auch die Feuergase den Überhitzer mit höherer Temperatur, so daß nunmehr der sonst eintretenden höheren Überhitzung die größere Dampfnässe entgegenwirkt. In Fig. 2 ist die Einrichtung im Grundgedanken dieselbe. Es sind ebenfalls zwei Dampfentnahmerohre d und f vorhanden, die zu dem Stutzen e führen; nur hat diese Einrichtung insofern eine weitere Ausbildung erfahren, als nicht nur eine Regelung durch den Naßdampf, sondern auch durch den trockenen Sattdampf vorgenommen wird. Die beiden Dampf entnahmerohre d und f besitzen an den Eintrittsöffnungen für den Dampf Abschlußorgane, und zwar sind beide miteinander in der Weise verbunden, daß sie sich in einer entlasteten Stellung befinden, d. h. in dem Maße, wie sich das eine Abschlußorgan öffnet, muß. sich das andere schließen, und umgekehrt. Diese Ausbildung ermöglicht eine Regelung der Dampfmischung in noch weiteren Grenzen wie nach Fig. 1, und die Beeinflussung der Regelungsorgane erfolgt hier im Gegensatz zu Fig. 1 allein durch die Wasserzirkulation, und zwar im hinteren Stutzen c des Kessels b. Im Stutzen c hängt ein Eimer η ο. dgl., in den das zirkulierende Wasser fällt oder in den es hineingesaugt wird. Diese Bewegungsveränderung nach der Stärke des Zirkulationsdruckes wird durch ein Gestänge oder eine Kette k auf das Regelungsorgan I übertragen. Da letzteres mit dem Regelungsorgan g durch die Stange m in Verbindung

steht, so erfolgt die ganze Beeinflussung dieser Organe durch den Eimer n.

Die Wirkung dieser Einrichtung ist im übrigen genau dieselbe wie bei der Ausführung nach Fig. i, und zwar wirkt dem Eimerzug die Federspannung h entgegen und solange bleibt die Naßdampfentnahme geschlossen. Erst wenn der Eimerzug die normale Grenze überschreitet, und zwar durch die erhöhte Verdampfung bzw. Wasserzirkulation, wird das Organ I etwas gedrosselt und die Klappe g dagegen entsprechend geöffnet, so daß eine stärkere Kühlung des Überhitzers herbeigeführt wird.

In Fig. 3 wird die Zirkulation allein zur Regelung des Mischungsverhältnisses angewendet. Aus dem Stutzen α wird das Dampfwassergemisch, das in den Rohren erzeugt wird, hochgeworfen, während durch den Stutzen c das Wasser wieder in die Rohr kammer stürzt, und zwar ist diese Zirkulation abhängig, wie bereits erwähnt, von der Stärke der Verdampfung. Das Wasser muß daher von α nach c sich bewegen, und zwar mit veränderlicher Geschwindigkeit. Die Regelungsorgane g und I sind außerhalb des Rohres f durch die Stange m verbunden, und diese reicht mit einer Prellplatte 0 in das Kesselwasser hinein. Der durch die Wasserbewegung erzeugte Druck wirkt auf die Platte 0 und verändert damit die Hebelbzw. Klappenstellung. Selbstverständlich soll auch hier eine Regelung der Klappenstellung bis zur normalen Beanspruchung durch Federoder sonstige Regelung eintreten.

Es ist denkbar, daß die Dampfnässe, wie sie vom Kessel normal geliefert wird, für die Größe der Regelung nicht genügt. Die Ein-

- richtung nach Fig. 4 und 5 bezweckt nun, diese Anforderungen zu erfüllen. Das Naßdampfentnahmerohr f erhält einen winkligen Ansatz j>, auf den ein teleskopartig sich bewegender Schwimmerkörper geschoben ist. Dieser Schwimmerkörper besteht aus dem eigentlichen Schwimmer r und dem Behälter g, der in der Wasserstandshöhe mit schlitzartigen Öffnungen χ versehen ist. Außerdem ist eine Öffnung t am Boden vorhanden für den Ein- und Austritt des Kesselwassers. Der Schwimmer r ist mit dem Gehäuse g am Boden verbunden. Gleichzeitig ist hier ein Fangschirm u befestigt, der in der Lage ist, aufsteigenden Dampf und Wasser aufzunehmen. Die ganze Einrichtung ist wiederum in einen Zylinder ν eingesetzt, der von der Kesseldecke durch Streben w, w¹ gehalten wird. Dieser Zylinder υ dient dazu, die äußere Bewegung des Wassers von der inneren Einrichtung fernzuhalten.

Die Wirkung dieser Einrichtung ist folgende :

Normal taucht der Schwimmerkörper so weit in das Wasser ein, daß die Schlitzöffnungen χ unter Wasser sich befinden. Durch den Stutzen α bzw. den Nebenstutzen a¹ wird nun ein Dampfwassergemisch unter die Schwimmereinrichtung bzw. unter den Fangschirm geworfen. Bis zur normalen Leistung des Kessels ist diese anhebende Wirkung des Dampfwassergemisches nur imstande, die Schlitze χ so weit zu heben, daß die Öffnungen eben sich über dem Wasserspiegel zeigen. Wird jedoch die Dampfentwicklung über das normale Maß hinaus gesteigert und die hebende Wirkung des Dampfwassergemisches aus dem Stutzen a¹ somit verstärkt, so hebt sich das Schwimmergehäuse g so weit, daß die Schlitze χ in größerem Umfange aus dem Wasser frei werden und nunmehr einen Durchtritt des Dampfes gestatten, der in der Pfeilrichtung dem Entnahmestutzen f zuströmt. An der Wasseroberfläche ist der Dampf besonders naß, so daß seine .kühlende Wirkung im Überhitzer verstärkt wird. Er wird außerdem gezwungen, an der Wasseroberfläche vorbeizustreichen, kann aber im Innern des Gehäuses g etwaiges überschüssiges Wasser abgeben, das durch die Öffnung t wieder zum Kesselwasser zurückfließt. Durch diese Einrichtung wird somit einmal an sich eine verstärkte Nässe des Dampfes erreicht, und andererseits erfolgt auch eine selbsttätige Mischung dieses Naßdampfes zu dem trockenen Sattdampf, und zwar in dem Maße, wie durch die stärkere Feuerung die normale Überhitzungsgrenze überschritten zu werden droht.

In Fig. 5 ist lediglich eine Abänderung des Schwimmerkörpers g dargestellt, indem der Fangschirm u außerhalb des Wassers sich befindet und somit sich in dem Dampf leichter bewegen kann, während das Kesselwasser der Bewegung verzögernd entgegenwirkt. Statt an der Unterseite des Schwimmerkörpers einen Fangschirm anzuordnen, sind hier Gewichte k angehängt, wodurch der Schwimmerkörper eine günstigere Schwimmlage erhält.

Claims (6)

105 Patent-An Sprüche:

1. Verfahren zur Regelung der Temperatur des Heißdampfes, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischungs- oder Regelungsorgane bekannter Überhitzerregler no durch den Zirkulationsdruck des umlaufenden Kesselwassers beeinflußt werden.

2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, bei dem an verschiedenen Stellen des Kessels verschieden nasser Dampf entnommen und. gemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an den Mündungen der Dampfentnahmerohre regelbare Verschlußorgane angeordnet sind, die von dem Zirkulationsdruck unter Vermittlung von Hebelverbindungen o. dgl. verstellt werden.

3· Einrichtung für das Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Löffel {i, Fig. i) oder ein sonst geeignetes Fangorgan vor dem Hauptdampfentwicklungsstutzen (a) angebracht ist und die jeweilige Stärke des Druckes durch eine Hebelverbindung auf die Verschlußorgane übertragen wird. :

¹ 4. Einrichtung für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zone der stärksten Wasserbewegung des Oberkessels eine Prallplatte (0, Fig. 3) taucht, die an ein Hebelgestänge der Verschlußorgane angreift.

5. Einrichtung für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wasserfallrohre oder -stutzen ein Eimer (n, Fig. 2) oder ähnliches Element eingehängt wird, das den veränderlichen, saugend wirkenden Zirkulationsdruck auf die Regelungsorgane der Entnahmerohre überträgt.

6. Einrichtung für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rohrmündung (p) für den Eintritt des nassen Dampfes ein mit Schlitzen (x) versehener Schwimmer (r, q), der mit einem Prallschirm versehen ist, gleitet, so daß die Naßdampfentnahme einerseits in ein bestimmtes Verhältnis zum Wasserstande kommt und andererseits die Dampfentnahmeöffnungen durch den Zirkulationsdruck geregelt werden (Fig. 4 und 5).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.