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Überhitzer. Die Erfindung bezieht sich auf Dampfüberhitzer und hat
eine Einrichtung zum Gegenstande, mittels deren das Maß derÜberbitzung in sehr empfindlicher
Weise selbsttätig geregelt wird. Es ist zu diesem Zwecke bereits vorgeschlagen worden,
zwei Thermostaten an verschiedenen Stellen der Überhitzereinrichtung anzuordnen.
Demgegenüber besteht das Wesen der Erfindung im wesentlichen darin, daß die ,Menge
der die Überhitzerkammer durchströmenden Heizgase von, zwei an soichen Stellen angebrachten
Regelungsorganen abhängig gemacht ist, daß das eine von der Temperatur der Heizgase,
das andere von der Temperatur des den Überhitzer verlassenden Dampfes beeinflußt
wird. Die beiden Regelungsorgane wirken zweckmäßig auf ein gemeinsames oder mehrere
unabhängig voneinander an der Stelle des Austritts der Heizgase aus der Überhitzerkammer
angeordnete Drosselorgane ein, wobei, falls mehrere Drosselorgane vorgesehen sind,
die Menge der durch die Uberhitzerkammer strömenden Heizgase durch dasjenige Regelungsorgan
bestimmt wird, das bestrebt ist, die betreffende Heizgasmenge zu verringern.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren verschiedenen Ausführungsbeispielen
veranschaulicht.
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Abb. i ist ein Längsschnitt durch einen Wasserrohrkessel, bei dem
die Erfindung Anwendung findet.
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Die Abb.2a und 2b stellen in größerem Maßstabe Einzelheiten der Abb.
i dar, wobei einzelne Teile geschnitten, andere weggebrochen gedacht sind.
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Abb. 3 zeigt eine den Abb. 2a und 2b entsprechende Einzeldarstellung
einer weiteren Ausführungsform.
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Abb. 4 ist eine der Abb: i entsprechende Teilansicht einer dritten
Ausführungsform. Abb. 5 stellt eine Einzelheit dieser Ausführungsform in größerem
Maßstabe dar.
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Die Abb. 6 und 7 veranschaulichen Einzelheiten in noch größerem Maßstabe.
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Abb. 8 zeigt die Anwendung der Erfindung auf ein anderes Kesselsystem.
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Abb. 8a veranschaulicht eine Einzelheit der betreffenden Ausführung.
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Abb. 9. stellt ein bei allen bisher genannten Ausführungsformen benutztes
Ventil im einzelnen där.
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In Abb. io ist eine Ausführungsform veranschaulicht, bei der für die
Bewegung des Drosselorgans elektrische Mittel zur Anwendung kommen. -Der Kessel
gemäß Abb. i kann von beliebiger Ausführung sein. Er ist in einer Ummauerung 2 untergebracht,
in deren vorderen oberen Teil sich ein Raum 3 befindet, der von dem Hauptkesselraum
durch eine Wand 4 getrennt ist, mit ihm aber oben durch eine t5ffnung 5 und mit
der Feuerung 6 durch eine Öffnung 7 in Verbindung steht. Auch der Überhitzer 8 kann
von beliebiger Bauart sein. Das Dampfrohr 9 leitet den Dampf vom Kessel i zum Überhitzer
8, während das Rohr io den Dampf aus dem Überhitzer der Verbrauchsstelle zuführt.
Der Überhitzer 8 wird gegen unmittelbare strahlende Hitze von der Feuerung her durch
feuerfeste Steine i.1 geschützt, die zwischen der Feuerung und dem Überhitzer in
Reihen angeordnet sind, derart, daß die Steine jeder Reihe von denen der andern
Reihe durch einen Zwischenraum getrennt und die Steine der einen Reihe gegenüber
denen der andern Reihe versetzt sind. 12 ist die zum Schornstein führende Verbindung.
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Der Durchgang 5 wird von zwei Drosselschiebern 13 und 14 überwacht.
Die Heizgase können durch ihn nur hindurchströmen, wenn keiner der Schieber vollständig
geschlossen ist. Der freie Durchtrittsquerschnitt wird durch den Schieber bestimmt,
der am meisten geschlossen ist. Jeder der beiden Schieber ist mittels eines biegsamen
Zugorgans 16, das über eine feste Rolle 17 läuft, mit einem Gegengewicht 15 verbunden:
Die Gegengewichte haben im wesentlichen dasselbe Gewicht wie die zugehörigen Schieber.
Unterhalb der Gewichte 15 befinden sich die senkrechten Zylinder 18 und i9 (Abb.
2a und 2b), in denen ,ich Kolben 2o und 21 bewegen, die mit den Gewichten 15 durch
die Kolbenstangen 22 und 23 verbunden sind.
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Die beiden Enden des Zylinders 18 sind mittels der Rohre 24 und 25
an ein Ventil 28 angeschlossen, während die beiden Enden des Zylinders i9 in entsprechender
Weise durch die Rohre 26 und 27 mit dem Ventil 29 verbunden sind. Den Ventilen 28
und 29 wird ein Druckmittel beliebiger Art, z. B. Wasser oder Luft, mittels der
Rohre 3o bzw. 31 zugeführt. Die Rohre 32, 33, 34 und 35 sind Auslaßrohre, die irgendwohin
ausmünden.
Die Ventile 28 und 29 stimmen in ihrer Bauart überein;
eins der Ventile ist in vergrößertem Maßstabe in Abb. 9 dargestellt. In dem Gehäuse
4o spielt das eigentliche Ventil 41, das als entlasteter Kolbenschieber ausgebildet
ist. Der'Durchlaß 42, dem das Druckmittel durch das Rohr 3o zugeführt wird, steht
mit dem Ringraume 43 dauernd in Verbindung. Bei der mittleren Stellung des Kolbenschiebers
hat dieser Ringraum mit keinem der Durchlässe 4.4 oder 45 Verbindung, an die die
Rohre 24 und 25 bzw. 26 und 27 angeschlossen sind. Bewegt sich das Ventil
41 nach oben, so setzt es den Durchlag 42 mit 44 und den Durchlag 45 mit dem Auslag
46 in Verbindung. Bewegt es sich abwärts, so stellt es die Verbindung zwischen 42
und 45 bzw. 44 und dem Auslag 47 her.
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Die Stellung der Kolbenschieber in ihren Gehäusen wird durch Thermostaten
36 und 37 bestimmt. Diese Thermostaten sind, wie Abb. i erkennen läßt, im oberen
Teil des Überhitzerraümes 3 in der Nähe des Auslasses 5 bzw. in dem Rohre io für
den überhitzten Dampf angeordnet. Sie sind von üblicher Bauart und bewegen die Ventilstangen
38 und 39 in der einen odej7 andern Richtung, wenn die Temperatur sich an den Stellen,
wo die Thermostaten untergebracht sind, ändert.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende. Wie Abb. i erkennen
läßt, fließt ein Teil der in der Feuerung erzeugten Heizgase durch die Öffnung 7,
zwischen den feuerfesten Steinen i i hindurch, durch den Überhitzer 8 und die Öffnung
5, um sich mit dem übrigen Teil, der das erste Rohrbündel des Kessels durchströmt
hat, zu vereinigen, und zusammen mit diesem Teil die übrigen Züge des Kessels zu
durchstreichen und bei 12 in den Schornstein zu entweichen.
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Es sei nun angenommen, daß beim Betriebe der Kesselanlage die Temperatur
des Dampfes im Rohre 1o aus irgendeinem Grunde über das gewünschte Höchstmaß hinaus
steigt. Der Thermostat 37 gibt dann dem Ventil 29 die in Abb. 2b dargestellte Lage,
bei, der das obere Ende des Zylinders 1g mit dem Auslag und das untere Ende mit
der Druckluftzuleitung verbunden' ist. Infolgedessen wird sich der Kolben 21 und
sein Gewicht 15 nach oben und der Schieber 14 entsprechend nach unten bewegen. Der
Strom der Heizgase durch den Überhitzer wird dadurch, etwas gedrosselt. .Die Ventile
28 und a9 sind klein im Verhältnis zu den Zylindern-i8 und ig: und die Bewegung
der Kolben 2o und 21 und der mit ihnen verbundenen Schieber dementsprechend langsam.
Bevor der Schieber 14 die erforderliche' Stellung merklich überschritten hat, bringt
der Thermostat, der den Temperaturänderungen mit großer Empfindlichkeit folgt, das
Ventil in seine neutrale Stellung, in der der Zylinder 1g auf keiner Seite des Kolbens
unter Druck steht. Bei der entgegengesetzten Wirkung, d. h. bei der Wirkung, die
erforderlich ist, wenn die Dampftemperatur 'im Rohre to zu sehr sinkt, wird der
oberen Zylinderseite 1g Druck zugeführt, was ein Anheben des Schiebers und einen
freieren Durchflug der Gase durch den Überhitzer zur Folge hat.
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Während des normalen Betriebes ist die soeben beschriebene Regelung
hinreichend. Wenn aber der Dampfverbrauch erheblich vermindert oder vollständig
unterbrochen wird, hört auch die Wirkung des Thermostaten 37 auf, und die Heizgase,
die den Überhitzer unbehindert durchströmen, würden ihn gefährden können, da die
Überhitzerrohre nicht von Dampf durchflossen sind, der die Hitze aufnehmen könnte.
Die Wirkung des anderen. Thermostaten und des mit ihm verbundenen Schiebers verhindert
aber jeden Schaden. Wenn kein Dampf durch die Überhitzerrohre strömt, wird
dem den überhitzerelementen entlangstreichenden Gasen auch keine Hitze entzogen.
Sie erreichen also den Auslag 5 mit einer Temperatur, die im . wesentlichen gleich
der Temperatur beim Eintritt der Gase in den überhitzer ist. Bei verminderter, aber
nicht vollkommen abgeschnittener Dampfströmung steigt die Temperatur bei 5 entsprechend
über die normale. Die Wirkung auf den Thermostaten 36 ist eine solche, daß er das
Ventil 28 in seine untere Stellung bringt, und das Druckmittel zu der unteren
Seite des Kolbens 20 Zutritt hat, wodurch dieser Kolben gehoben wird und der Schieber
13 sich teilweise oder ganz schließt. Dadurch wird die Strömung der Gase
durch die Kammer 5 unterbrochen und eine Beschädigung des Überhitzers verhindert.
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Bei normaler Temperatur im Durchlag 5 kann keine Beschädigung des
überhitzers durch die Heizgase eintreten, und die Einrichtung .ist so eingestellt,
daß zu solchen Zeiten der Schieber 13 weit offen steht. Aber auch dann kann die
Temperatur des Dampfes über dem vorher bestimmten Punkte liegen, in welchem Falle
der Schieber 14 die nötige teilweise Schließstellung einnimmt.
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Eine der beschriebenen Anordnung ähnliche, die aber nur einen Schieber
und ein Gegengewicht aufweist, ist schematisch in Abb. 3 dargestellt. Die beiden
Zylinder 18 und r9 mit ihren Ventilen 28 und 29 'und den Thermostaten 36 und 37
sind genau wie bei der bereits beschriebenen Einrichtung ausgeführt: Das einzige
Gegengewicht i 5a steht unter dem Einflug der oberen Enden der Kolbenstangen 22
und 23, die aber mit ihm `nicht verbunden sind. Das Gegengewicht ist mit
dem
einzigen Schieber durch ein biegsames Seil verbunden, das über eine feste Rolle
läuft. Es ist gerade schwer genug, um den Schieber so weit zu heben, wie die Stellung
der Stangen 22 und 23 gestattet.
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Ist die Temperatur bei den Thermostaten 36 höher als gewünscht, so
läßt das Ventil 28 das Druckmittel auf die untere Seite des Xolbens 2o und der Schieber
senkt sich unabhängig von der Stellung des Ventils 29. Entsprechend v eranlaßt der
Thermostat 37, sobald die Dampftemperatur zu hoch ist, das Ventil 29, das Druckmittel
in das untere Ende des Zylinders einzulassen und dadurch den Schieber zu schließen.
Der Schieber nimmt also immer die Stellung ein, die durch den Thermostaten bestimmt
ist, der die Neigung hat; ihm die mehr geschlossene Lage zu geben.
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Bei der in Abb. ¢ gezeigten Ausführungsform, die die bevorzugte ist,
ist ebenfalls nur ein Schieber vorgesehen, der mit 13a bezeichnet ist, sowie ein
Gegengewicht 15a. Außerdem ist hier auch nur ein Zylinder 18a vorhanden. Dagegen
sind wieder zwei Ventile 2811 und 2911 und zwei mit ihnen verbundene Thermostaten
36 und 37 vorgesehen, die wie bei den beschriebenen Ausführungen in den' Gas- und
Dampfräumen angeordnet sind. Gemäß der vergrößerten schematischen Darstellung nach
Abb. 5 sind die beiden Enden des Zylinders T84 mit den beiden Dampfdurchlässen
jedes der Ventile 28a und 29a durch Rohre 24, 25, 26 und 27 verbunden. Die
Ventile 28a und 29 sind von den oben an Hand der Abb.9 beschriebenen etwas verschieden.
Ihre Bauart ist in größerem Maßstabe in Abb. 6 dargestellt. Der Unterschied besteht
darin, daß ein unter Federwirkung stehendes Ventil 48 in das untere Auslaßrohr eingeschaltet
ist. Dies Ventil wird durch seine Feder auf seinen Sitz gedrückt und verharrt dauernd
in dieser Lage, es sei denn, daß das Venti14r tief genug steht, um den Kana145 zu
schließen. Der kleine Stift 28a kommt dann in Berührung mit dem Ventil48 und hebt
es von seinem Sitz ab, so daß das eingeschlossene Druckmittel durch das Rohr 48b
entweichen kann.
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Von dem unteren Teil des Zylinders z84 geht ein Rohr 49 aus, in das
das Ventil 50 eingeschaltet ist, wie in vergrößertem Maßstabe Abb. 7 zeigt.
In das zylindrische Gehäuse 5 i ist ein hin und her gehender Kolbenschieber 52 eingepaßt,
der durch die Feder 53 in solcher Lage gehalten wird, daß das Rohr 49 durch ihn
unterbrochen ist, der sich aber bei genügend hohem Drucke im Rohr 54 so weit vorschiebt,
daß ein Durchtritt durch das Rohr 49 möglich ist. Das Rohr 54 kommt 'von irgendeiner
Stelle her, die in Verbindung mit dem oberen Ende des Zylinders 18a steht. Bei Verfolgung
der Wirkungsweise dieser rinrichtung möge zunächst angenommen werden, daß sowohl
die Temperatur der Heizgase wie auch die des Dampfes zu hoch ist. Das Ventil 28a
wird dann seine untere Stellung einnehmen und das Ventil 29a seine Stellung am weitesten
links und beide werden das Druckmittel in das Ende des Zylinders 18a lassen. Gleichzeitig
kann das Druckmittel aus dem oberen Ende des Zylinders durch die Rohre 24 und 26
sowie den Auslaß 47 j edes der Ventile 28a und 29a entweichen. Im Rohre 54 herrscht
kein Druck, und 5o bleibt geschlossen.
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Ist die Gastemperatur zu hoch, die Dampftemperatur aber normal, so
nimmt das Ventil 29a seine mittlere Stellung ein, und das Ventil 28a veranlaßt das
Schließen des Schiebers, um den erforderlichen Betrag, gerade als wenn Ventil 29a
nicht vorhanden wäre. Ein entsprechender Zustand herrscht, wenn -_ die Dampftemperatur
zu hoch und die Gastemperatur normal ist.
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Sind beide Temperaturen zu niedrig, so bewegt sich Ventil 29a nach
rechts und Ventil 28a nach oben. Beide lassen dann das Druckmittel in das . obere
Zylinderende, und das Rohr 54 teilt diesen Druck dem Ventil 49 mit, das dadurch
geöffnet wird, so daß der Kolben 2o sich senken und den Schieber öffnen kann.
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Sollte die Gastemperatur zu hoch und die Dampftemperatur zu niedrig
sein, so nimmt Ventil 28a seine niedrigste Stellung und Ventil 29a seine Stellung
am weitesten rechts ein. Das Druckmittel wird dann dem unteren Ende des Zylinders
r 8a durch das Ventil 28a zugeführt. Der durch das Ventil 2911 zugelassene Druck
gleicht sich durch den Auslaßkanal67 des Ventils 28 aus, und das Ventil 49 erhält
durch das Rohr 54. kein Druckmittel. Der Kolben 2o wird infolgedessen nach oben
gedrückt und der betreffende' Schieber geschlossen. Der Verlust an Druckmittel,
der in diesem Falle eintritt, ist nicht von Bedeutung, da die Ventile ä84 und 29a
verhältnismäßig sehr klein sind. Außerdem tritt der betreffende Zustand in der Praxis,
wenn überhaupt, so doch nur sehr selten ein.
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Ein anderer theoretisch möglicher Zustand ist der, daß die Gastemperatur
zu niedrig und die Dampftemperatur zu hoch ist. Dieser Zustand ist gerade entgegengesetzt
dem im vorstehenden erörterten, und bedingt einen unbeträchtlichen Verlust an Druckmittel
durch den Auslaßkanal 47 des Ventils 29a. Der Schieber wird gerade wie im vorhergehenden
Falle geschlossen werden.
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In Abb. 8 ist ein Kessel von anderer Bauart dargestellt, bei dem die
Erfindung zur Anwendung gebracht ist. Der Drosselschieber ist hier durch eine Drosselklappe
i36-ersetzt,
die fest auf der Achse 55 sitzt und sich mit ihr dreht.
Ferner ist auf der Achse 55 ein Arm 56 befestigt. In den Schlitz 57 des Armes 56
(Abb. 8a) greift ein Stift 58 ein, der an der Kolbenstange 22a sitzt. Der Zylinder
,8a, in dem der Kolben sich bewegt, sowie die Ventile und ihre Verbindungen mit
dem Zylinder sind in genau derselben Weise wie bei der in den Abb. 4 und 5 dargestellten
Ausführungsform .ausgebildet. Die beiden Thermostaten 37 und 36 sind wieder in dem
den überhitzten Dampf führenden Rohre 1o bzw. an solchen Stellen in dem Strömungsbereich.
der Gase untergebracht, wo diese den Überhitzer durchströmt haben. Die Wirkungsweise
ist genau dieselbe wie bei der in den Abb. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform,
indem die Aufwärtsbewegung_ des Kolbens eine Drehung der Drosselklappe 13b in die
Schließstellung veranlaßt, während bei der Abwärtsbewegung die Klappe sich schließt.
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Bei der in Abb. to veranschaulichten Ausführungsform sind für die
Bewegung des Drosselschiebers 13a elektrische Mittel vorgesehen. Von der Netzleitung
59 wird der Strom durch die Polwechselschalter 6o dem Motor 61 zugeführt. Die Drehbewegung
des Motors wird durch beliebige Mittel auf das geeignete Maß ins Niedrige übersetzt
und auf die Tromme162 übertragen, auf der sich ein biegsames Seil auf- und abwickelt.
Das Seil läuft über feste Rollen 17a und i7 b und istmit seinem anderen Ende an
den Schieber Z 3a .angeschlossen.
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Der Polwechselschalter 16 -wird durch Federn 63 so lange in der Offenlage
gehalten, wie keine der Wicklungen 64 oder 65 durch den vom Transformator 66 kommenden
Stromerregt wird. In demselben Stromkreise mit der Wicklung 65 liegt der Schalter
67, der durch die in Reihe mit der Wicklung 64 liegende Wicklung 68 geöffnet wird,
sobald durch die Wicklung 64 Strom fließt. Der Schalter 69 schließt den Stromkreis
über Wicklung 65, Schalter 67 und Transformator 66, sobald er sich in seiner Endlage
befindet. Er öffnet diesen Stromkreis und schließt den Stromkreis über die Wicklung
64, Wicklung 68 und Transformator 66, -wenn er in der Linksstet= Jung steht., In
ähnlicher Weise schließt der Schalter 7o den ersterwähnten Stromkreis, nämlich über
die Wicklung 65, Schalter 67 und Transformator in der oberen Stellung und unterbricht
ihn unter Schließung des andern Stromkreises, nämlich des die Wicklungen 64 und
68 sowie den Transformator 66 einschließenden in seiner unteren Stellung. Es ist
darauf hinzuweisen, daß, wenn einer der Schalter 69 oder 7o den Stromschluß über
die Wicklung 68 herstellt, der Stromkreis über Wicklung 65 beim Schalter 67 unterbrochen
wird. ' Die Stellung der Schalter 69 und 70 wird durch die Thermostaten 3611
und 3711 bestimmt. Bei zu hohen Temperaturen legen diese die Schalter 69 und 7o
nach links bzw. -nach unten, während; wenn die Temperaturen sich unterhalb der gewünschten
Höhe halten, die Schalter nach rechts bzw. oben umgelegt werden.
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Wenn Strom durch die Wicklung 64 fließt, und dementsprechend der Polwechselschalter
nach links umgelegt wird, dreht sich der Motor 61, um den Drosselschieber 13a teilweise
zu schließen. Wird andererseits der Polwechselschalter 6o durch die Wicklung 65
nach rechts umgelegt, so dreht sich der Motor in dem Sinne, daß der Drosselschieber
gehoben wird. Die Drehgeschwindigkeit des Motors wird so weit herabgesetzt, daß,
bevor der Schieber die richtige Stellung merklich überschritten hat, die Thermostaten
sich der veränderten Bedingung angepaßt und die Bewegung des Motors unterbrochen
haben. Natürlich werden im praktischen Betriebe besondere Sicherheitsvorrichtungen
benutzt, um zu verhindern, daß die Trommel 6:2 und der Schieber 13a sich
über einen gewissen Punkt hinaus in der einen oder andern Richtung bewegen, so daß
hieraus kein Schaden entstehen kann. _ Ist die Temperatur bei den Thermostaten die
gewünschte, so werden die Schalter 69 und 7o durch die Feder 71 in der Offenlage
gehalten.