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Regelungsvorrichtung für Kesselanlagen mit Dampfspeichern. An Dampfanlagen
mit Dampfspeichern ist es zweckmäßig, ein den Speicherdruck anzeigendes Manometer
neben dem Platze des Heizers anzuordnen, wobei der Heizer die Feuerung in genau
derselben Weise bedient, wie er es für den Fall tun würde, daß die Druckschwankungen
in den Kesseln statt in einem gesonderten Behälter stattfänden. Ein derartiger Dampfspeicher
kann für niedrige Drucke und für verhältnismäßig große Druckschwankungen gebaut
werden, wodurch besonders an modernen Hochdruckkesseln eine ganz neue Wirkung erreicht
wird. Es sind Anlagen ausgeführt worden, bei welchen die Wärmespeicher der Kessel
bis auf das 50fache vergrößert worden sind.
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Durch derartige Dampfspeicher wird es oft erst möglich, in Fabrikanlagen
mit stark wechselndem Wärmebedarf Wasserrohrkessel für hohe Drucke zwecks Gewinnung
von Gegendruckkraft einzuführen. Werden für derartige Anlagen Dampfspeicher nicht
angeordnet, so wird es sich herausstellen, daß es dem Heizer äußerst schwer fällt,
den Veränderungen im Dampfverbrauch zu folgen. Da ihm dies in den meisten Fällen
nicht gelingt, so wird auch .#ebstverständlich die Erzeugungsmenge herabg etzt,
indem alle Prozesse durch den Druckfäll erheblich verlängert werden, womit sich
gleichzeitig die Güte des hergestellten Erzeugnisses oft verringert. Außerdem sinkt
auf Grund des Druckfalles die aus dem Gegendruckdampf gewonnene Kraftmenge. Im folgenden
soll eine Anordnung beschrieben werden, die den Zweck verfolgt, den Kesseldruck
praktisch völlig gleich zu halten, wobei der Heizer die Feuerung nach den langsamen
Veränderungen des Speicherdruckes zu bedienen hat. Durch die Anordnung wird ermöglicht,
daß selbst bei sehr großen Schwankungen im Dampfverbrauch Kraft aus der ganzen zur
Verfügung stehenden Dampfmenge erhalten werden kann, wobei gleichzeitig der Kesseldruck
und sämtliche Leitungsdrucke gleich bleiben.
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Nach der Erfindung wird dies durch ein in die Zulaufleitung zur Niederdruckmaschine
eingeschaltetes, von dem Kesseldruck derart geregeltes Ventilorgan erreicht, daß
bei erhöhtem Kesseldruck der Zulauf gedrosselt, bei herabgesetztem Druck der Zulauf
entsprechend geöffnet wird.
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Einige beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
sind auf der Zeichnung in den Fig. x bis 3 gezeigt.
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In Fig. z ist P die Kesselanlage. In der Kesselleitung L' herrscht
ein Druck von beispiels-,veise PI = ;5 kg. In der Anlage ist eine Anzapfturbine
vorgesehen, welche aus den Hochdruck-und Niederdruckteilen H und
L besteht. Diese Teile können voneinander getrennt sein, oder, wie es in
Fig. i dargestellt, auf derselben Welle sitzen und dabei einen Generator G treiben,
der auf ein Netz K arbeitet. Der Dampf aus dem Niederdruckteil wird in einen Oberflächenkondensator
Y geleitet.
In der Leitung zwischen dem Kessel und dem Hochdruckteil
ist ein Fliehkraftregler C vorgesehen. Die Hochdruck- und Niederdruckteile sind
weiter durch eine Leitung miteinander verbunden, in welcher ein Ventilorgan V und
ein Fliehkraftregler C= angeordnet sind. Das Ventilorgan V wird durch einen federbelasteten
Kolben F geregelt, der durch die Leitung Lv in solcher Weise unter dem Einfluße
des Druckes in der Kesselleitung L1 steht, daß das Ventil bei etwas erhöhtem- Kesseldruck
schließt, während es bei etwas vermindertem Druck öffnet.
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In der Figur ist der Einfachheit halber angenommen, daß diese Regelung
mittels eines Kolbens, einer Membran o. dgl. bewerkstelligt wird,-welche unmittelbar
von dem Kesseldruck beeinflußt wird. Selbstverständlich kann statt dessen auch irgendwelche
mittelbare Art der Regelung, beispielsweise mittels Oldruckes o.dgl. Verwendung
finden.
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Der Fliehkraftregler C2 ist mit Federn von solcher Stärke versehen,
daß er- erst bei etwas erhöhter Umlaufzahl anfängt, die Dampfzufuhr zuregeln. Erarbeitet
mit dem Hochdruckregler derart zusammen, daß er erst zu regeln anfängt, nachdem
jener den Zufluß zur Turbine H vollständig geschlossen hat. Dieses Zusammenwirken
kann auch in anderer Weise bewirkt werden, beispielsweise dadurch, daß auf mechanischem
Wege, unmittelbar oder durch Übersetzung, zunächst das eine und nachher das andere
Ventil geöffnet wird. Dieses Zusammenwirken könnte auch mittels eines gemeinsamen
Fliehkraftpendels und zweier Hilfsmotoren o. dgl. herbeigeführt werden.
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Der Anzapfdampf aus der Turbine gelangt in ein Netz La, an
welches der Dampfspeicher A
angeschlossen ist. Nach der Zeichnung ist vorausgesetzt,
daß dieser Anschluß mittels zweier Rückschlagventile B erfolgt. Indessen kann all
das oben Gesagte ohne weiteres auch bei anderen Speicheranordnungen angewandt werden.
Der Dampfspeicher ist für veränderlichen Druck gebaut, im vorliegenden Falle beispielsweise
für Pack= =,5 bis o,5 kg.
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An das Speichernetz wird mittels eines Druckminderungsventils-Ra2
eine Leitung L2 angeschlossen, an welche der Dampfverbraucher A2 angeschlossen wird,
der beispielsweise durch eine Papiermaschine Al vertreten ist. In dieser Leitung
herrsche ein Druck von P2=0,5 kg.
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Von dem Dampfspeicher führt eine dünne Leitung Lm, an welche ein Manometer
1V7" angeschlossen ist, zum Heizerplatz. Zwischen dem Kessel- ünd dem Niederdrucknetz
ist ein Überströmventil Öla eingeschaltet. Dieses Überströxnventil steht ebenso
wie das Ventilorgan V unter der Einwirkung des Druckes P1, ist aber durch die Wahl
von verschiedenen Federn oder durch mechanischen Zusammenbau der beiden Organe derart
eingerichtet, daß es erst bei etwas erhöhtem Druck zu öffnen anfängt.
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Im vorliegenden Falle z. B., wenn das Sicherheitsventil des Kessels
mit 25 Atm. abbläst, kann das Ventil V derart eingestellt sein, daß es bei 24,4
kg zu schließen beginnt und bei 24,6 kg vollständig geschlossen ist, während das
ÜberströrnventilÖla bei 24,6 kg zu öffnen beginnt und bei 24,ä kg vollständig geöffnet
ist. Schließlich wird ein -Druckminderungsventil Rla mit dem ÜberströmventilÖla
im Nebenschluß geschaltet, so daß Ventil Rla erst öffnet, wenn das Druckminderungsventil
Rat vollständig offensteht, d. h. wenn der Druck in der Leitung L2 zur Papiermaschine
unter 0,5 kg gesunken ist.
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Von der Kesselleitung L1 kann gegebenenfalls noch ein Dampfverbraucher
Al abgezweigt werden, welcher beispielsweise* aus einem Sulfitkocher S besteht.
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Die in Fig. z dargestellten Anordnungen gleichen alle Druckänderungen
im Kesselnetz aus, welche von einer Vermehrung oder Verminderung des Dampfverbrauches
in Al oder von Schwankungen in der Zufuhr von Brennstoff verursacht werden können.
Die letztgenannten Schwankungen werden beispielsweise durch Schlackenbildungen oder
beim Speisen des Kessels hervorgerufen. Sogar bei völlig normalem Betriebe ist durch
Messungen nachgewiesen worden, daß verhältnismäßig sehr große Schwankungen auftreten
können. Aber auch in denjenigen Fällen, wo Brennstoff in ununterbrochener Menge
zur Verfügung steht, z. B. wenn es sich um Hochofengase, Abwärme von Ofen und in
gewissen Fällen um elektrischen Strom handelt, dienen die angegebenen Anordnungen
dazu, den Kesseldruck völlig gleich zu erhalten, gleichzeitig alle entstehenden
Möglichkeiten zur Krafterzeugung auszunutzen. Außer den beschriebenen Schwankungen
können auch Schwankungen im Netz K und im Dampfverbraucher A2 vorkommen.
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Es werde angenommen, daß beispielsweise der Dampfverbrauch in Al etwas
nachläßt oder, was dasselbe ist, die Brennstoffzufuhr zur Kesselanlage etwas vergrößert
wird. In diesem Fall steigt der Druck Pl ein wenig und das Ventil V wird durch den
Kolben F in entsprechendem Grade geschlossen. Infolgedessen wird die zur Niederdruckturbine
L strömende Dampfmenge und folglich auch die Umlaufzahl der Turbine vermindert,
wodurch der Fliehkraftregler C gehoben wird, der mehr Dampf aus dem Kesselnetz zum
Hochdruckteil H der Turbine strömen läßt.
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Der freigewordene Dampfüberfluß des Kesselnetzes wird somit in das
Speichernetz La zusammen mit derjenigen Dampfmenge abgeleitet, die durch
das Ventil V von dem Niederdruck teil L der Turbine abgesperrt wird. Wird der Dampfspeicher
bei dieser Gelegenheit geladen,
so wird also die Lademenge etwas
vergrößert. Wird der Speicher dagegen entladen, so strömen die betreffenden Dampfmengen
unmittelbar in das Niederdrucknetz L2 über und setzen die Entladung herab. Daraus
geht hervor, daß eine vermehrte Kesseldampfmenge nach dem Speicher übergeleitet
wird, wobei diese Dampfmenge durch den Hochdruckteil der Turbine fließt und zur
Krafterzeugung nutzbar gemacht wird, während der Niederdruckteil der Turbine in
entsprechendem Grade entlastet wird.
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Wird der Dampfverbrauch in A1 vergrößert, bzw. die Brennstoffzufuhr
vermindert, so entsteht eine entgegengesetzte @Virkung..
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Es sei nun vorausgesetzt, daß die Kraftentnahme im Netz K etwas vergrößert
wird. In diesem Fall sinkt die Umlaufzahl der Turbine und der Fliehkraftregler C
läßt mehr Dampf in den Hochdruckteil einströmen. Infolgedessen sinkt der Kesseldruck
Pl, es öffnet sich das Ventil V und läßt mehr Dampf in den Niederdruckteil strömen.
Demzufolge wird die Umlaufzahl der Turbine wieder etwas steigen, der Fliehkraftregler
C schließt aufs neue. Das Gleichgewicht wird jedoch erst dann erreicht, wenn der
gesteigerte Kraftbedarf durch dem Speichernetz La vom Ventil V entnommenen
Dampf gedeckt ist. Es bleibt zu bemerken, daß der Dampf, der in dieser Weise aus
dem Speichernetz nach dem Niederdruckteil geführt wird, vorher durch den Hochdruckteil
geflossen war und dort nützliche Arbeit verrichtet hatte. Umgekehrt wird das Verhältnis
für den Fall, daß der Kraftverbrauch im Netz K nachläßt.
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Etwaige Schwankungen im Dampfverbrauch des Verbrauchers A 2 werden
von dem Speicher unmittelbar ausgeglichen, ohne daß sie dem Kessel fühlbar werden.
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Dieselbe Schaltung kann auch für den Fall Verwendung finden, daß in
A1 oder in A2 oder an beiden Stellen keine Dampfentnahme stattfindet. Der letztere
Fall entspricht der Anordnung einer Dampfkraftanlage ohne Dampfabzweigung. In dieser
Form kommt die Anordnung zur Anwendung in Elektrizitätswerken und ähnlichen Anlagen
zum Ausgleich von Belastungsschwankungen. Beispiele dieser Art bieten gemeinschaftliche
Elektrizitätswerke und Bahnkraftanlagen usw. Von nicht geringer Bedeutung sind zum
Ausgleich des zur Verfügung stehenden Hochofengases und des Kraftverbrauches in
der Eisenindustrie dienende Speicheranlagen, bei welchen die Mindestbelastung von
Gaskraftmaschinen, die Höchstbelastung von einer mit Dampfspeicher versehenen Turbinenanlage
gedeckt werden.
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In diesen Fällen fällt das Ausgleichventil Rat
fort. Oftmals
kann der Niederdruckteil der Maschine mit Vorteil von dem Hochdruckteil abgetrennt
werden. Letzterer kann auch aus einer Kolbenmaschine, der Niederdruckteil dagegen
aus einer oder mehreren Dampfturbinen bestehen.
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In Fig. z ist eine andere Schaltungsweise des Dampfspeichers gezeigt.
Nach dieser ist der Speicher A nicht wie im ersten Fall dem Niederdrucknetz der
Turbine parallel geschaltet, so daß von dem Dampfspeicher Dampf auch ziun Niederdruckteile
L der Turbine geliefert «erden kann, sondern der Speicher wird zwischen dem Netz
L2 mit dem Anzapfdruck F2 und einem Netz L3 mit noch niedrigerem Druck P3 eingeschaltet.
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Derartige Anlagen finden sich oft in der chemischen Industrie, wobei
z. B. der höhere Anzapfdruck P'l' durch Papiermaschinen 111, Diffuseure o. dgl.
und der niedrigere Druck P3 durch Bleichereien .ß, Trockenanlagen, Färbereien u.-dgl.
vertreten sein können. In der Anzapfleitung L= der Turbine herrscht infolgedessen
nur ein Druck von a kg, welcher durch das Überströmventil Ö2a und das Druckminderungsventil
R12 gleich erhalten wird, die zwangläufig oder durch geeignete. Wahl von verschiedenen
Federn in solcher Weise miteinander verbunden. sind, daß immer nur eins offen steht,
nämlich das Drucknünderungsventil bei etwas niedrigerem Druck und das Überströmventil
bei etwas höherem Druck. Ferner ist ein Druckminderungsventil R'a zwischen der Kesselleitung
L und der Speicherleitung La vorgesehen. Dieses Ventil ist wieder mit dem
Druckminderungsventil Ra3 in der Entladeleitung La des Speichers derart verbunden,
daß es erst öffnet, nachdem das letztere vollständig geöffnet und der Speicher gänzlich
entladen ist. Der Speicherdruck Pack wechselt zwischen 2 und 0,5 kg. Wenn
erwünscht, kann dieser Druck auch niedriger als der Druck in der Leitung L2 gewählt
`>erden.
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In Fig. 3 ist derselbe Erfindungsgedanke bei einer Anlage mit zwei
Anzapfdrucken für den Dampf verwandt worden; derartige Anlagen kommen in der chemischen
Industrie häufig vor. Die betreffende Figur zeigt als Beispiel einen in einer Sulfitfabrik
vorkommenden Fall, der Dampf wird mit einem Druck von P2 = 5 kg nach Sulfitkochern
S und mit einem Druck von P3 = 0,5 kg nach Papiermaschinen JU abgezapft. Außerdem
wird Dampf unmittelbar aus der Kesselleitung L' nach einem Kocher L' für sehr hohen
Druck Pl geleitet.
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Zwischen den verschiedenen Netzen sind Gegendruckmaschinen angeordnet,
welche in vorliegendem Falle auf derselben Welle sitzen. Der Hochdruckteil ist mit
H, der Mitteldruckteil eile und der Niederdruckteil mit L bezeichnet. Vor
dem Hochdruckteil ist ein Fliehkraftregler C angeordnet. Zwischen den Hochdruck-und
Mitteldruckteilen sind ein Überströmventil Ö2"1 und ein Fliehkraftregler C2 und
zwischen den Mitteldruck- und Niederdruckteilen das
obengenannte
Ventil V, welches mittels eines Kolbens F von dem Kesseldruck L1 geregelt wird,
und ein Fliehkraftregler C3 angeordnet. Zwischen dem Hochdruck- und Mitteldrucknetz
sind ein Überströmventil Ö12 und ein Druckminderungsventil R12 angebracht. In derselben
Weise sind zwischen dem Mittel- und Niederdrucknetz ein Überströmventil-Ö2a und
ein Druckminderungsventil R2a vorgesehen.
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Die Arbeitsweise dürfte ohne weiteres aus dem vorhergehenden verständlich
sein. Es sei nur bemerkt, daß der Fliehkraftregler C für normale Umlaufzahl gebaut
ist, während C2 und C3 auf eine etwas höhere Umlaufzahl eingestellt sind. Desgleichen
arbeiten die Überströmventile Ö12 und das Ventil V derart zusammen, daß Öl= erst
bei etwas höherem Druck als V in Tätigkeit gebracht wird. Das Überströmventil Ö2a
ist auf einen etwas höheren Druck als Ö2", und letzteres seinerseits auf einen etwas
höheren Druck als das Drucknninderungsventil R12 eingestellt.