-
Dampfanlage mit Hoch- und Niederdruckverbrauchern und Wärmespeichern.
Dampfanlagen, in denen aus Dampfkesseln Dampfverbrauchsstellen mit schwankendem
Dampfverbrauch gespeist werden, haben den Nachteil, daß die Befeuerung der Kessel
den Schwankungen im Dampfverbrauch angepaßt werden muß. Das ist besonders bei mechanischen
Feuerungen recht störend. Durch Wärmespeicher können diese Schwankungen der Belastung
der Kessel ausgeglichen werden, wenn man gemäß vorliegender Erfindung an den .Dampferzeuger
oder an eine Leitung, aus der Verbraucher gespeist werden - in folgendem kurz »Verbraucherleitung«
genannt i - beispielsweise an die Verbindungsleitung zwischen Dampfkessel und Verbraucher,
einen Wärmespeicher durch Vermittlung einer Ventilvorrichtung anschließt, die selbsttätig
schon bei einer geringen Erhöhung des Leitungsdruckes den überflüssigen vom Dampfverbraucher
nicht benutzten Dampf mittelbar oder unmittelbar in Richtung gegen den Wärmespeicher
übertreten läßt, bei Verminderung des Leitungsdruckes aber die Dampfzufuhr nach
dem Wärmespeicher vermindert oder ganz absperrt. Diese Ventilvorrichtung (L`berströmventil)
ist für die selbsttätige Überleitung von Dampf aus einer Hochdruckleitung in eine
Niederdruckleitung bekannt. , Parallel zu diesem Überströmv entil wird I zweckmäßig
ein Druckverminderungsventil angeordnet, das vom Druck hinter dem Ventil derart
beeinflußt wird, daß es sich bei Abnahme dieses Druckes öffnet, so daß dann gleichfalls
Dampf in Richtung gegen den Wärmespeicher durchströmen kann.
-
Die Zeichnungen veranschaulichen eine Reihe von Ausführungsbeispielen
solcher Dampfanlagen und die hierfür .geeigneten Ventilvorrichtungen.
-
Abb. i der Zeichnung zeigt beispielsweise schematisch eine Dampfanlage,
deren Dampfsessel P mittels der Leitung L1 einen Dampfverbraucher Al speist, und
zwar beispielsweise mit einem Dampfdruck von io kg. In die von der Leitung L,. zwischen
Dampfkessel P und Dampfverbraucher Al nach dein Wärmespeicher A führende Zweigleitung
L" ist das Überströmventil 01Q eingeschaltet, das bei einer geringen Steigerung
des Druckes in der Leitung L,_ Dampf zum Speicher A überströmen läßt. Der
Speicher ist bis auf einer gewissen Höhe mit heißem Wasser gefüllt und arbeitet
beispielsweise zwischen Drucken im Betrage von i bis 3 kg.
-
Abb. z zeigt beispielsweise eine Ausführungsform eines solchen Überströmventils.
Der als Doppelventil ausgebildete Ventilkörper 01a ist durch eine Stange mit dem
Balg
K (Kolben oder lleinbran) verbunden, der einerseits vom Leitungsdruck P1, anderseits
von einer Feder F oder einem Gewicht so beeinflußt wird, daß bei einer bestimmten
1?rhöhung des Druckes in der Leitulw L1 (las Ventil 0,a geöffnet wird und der Dampf
nach der Leitung La überströmen läßt, die nach dein '\#,'ärinespeicher
A führt und in der ein veränderlicher Druck Pa herrscht. Die Feder F kann
beispielsweise so eingestellt werden, daß (las Ventil 0,a bei einem Leitungsdruck
1'1 von i o. i kg sich öffnet, während es bei i o kg Druck wieder geschlossen wird.
Zwischen diesen beiden Grenzen drosselt das Ventil Oll die durchströmende Dampfmenge
mehr oder weniger ab. Ein solches Ventil unterscheidet sich also von einem Druckminderungsventil
dadurch, daß der den Ventilkörper steuernde Kolben oder die #'\lenibrtin vom Zuleitungsdruck
beherrscht wird, während der Kolben eines Druckminderungsventils unter dein Druck
hinter dein Ventilkörper stellt.
-
Die vorliegende Ventilvorrichtung läßt soinit Dampf aus der Verbraucherleitung
in den Wärmespeicher überströmen, wenn der Druck in der Leitung L1 zwischen Dailipferzeuger
1' und Dampfverbraucher A1 ein gewisses Höchstmaß übersteigt. Sinkt aber der Druck
P, in der Leitung L, so drosselt das Ventil die Dampfmenge mehr oder weniger ab.
Sinkt dieser Druck unter ein bestimmtes Mindestmaß, so schließt es sich vollständig,
so daß darin durch dieses Ventil kein Dampf mehr nach dein Speicher <4 gelangt.
Das @'berströinventil litfnet z. B., w1 illi zufolge einer Abstellung des Verbrauchers
A, der Druck in der Leitung L, steigt. Das Überströniventil hat also die neue technische
Wirkung, daß in der Leitung I_1 auftretende Druckerhöhungen auf den Speicher .-1
übertragen und von der Kesselanlage P fern gehalten werden.
-
Tritt in der Leitung L 1 infolge stärkeren Dampfverbrauchs im Verbraucher
Ah eine zu starke Druckverhinderung ein, so daß das Überströlnventil vollständig
geschlossen wird, so muß die Druckverminderung durch eine stärkere Beheizung der
Kessel P ausgeglichen werden. Ein geringer Mehrverbrauch all Dampf in der Leitung
L1 kann lediglich durch (las Speichertuigsverniiigen @ler Kesselanlage gedeckt werden.
-
Parallel zum Überströniventil 01a kann in eine Umgangsleitung ein
Druck#.ninderungsventil R,a- (Abb. i) eingeschaltet sein, dessen Kolben oder Membran
vom Druck der Zweigleitung La hinter dem Ventil so beeinflußt wird, daß es Dampf
aus der Leitung I_, nach dem Wärmespeicher r1 übertreten läßt, wenn der Druck in
der Leitung La und demnach hinter (lein Ventil 11n Wärmespeicher A .unter eine gewisse
Grenze, beispielsweise i kg sinkt.
-
Je nach der Menge des dem Wärmespeicher A zugeführten Dampfes wird
der Druck P" im Speicher .-1 schwanken, beispielsweise zwischen i und 3 kg. Soll
in der den Verbraucher .1, speisenden Leitung I__ aber ein ständiger DruckP, von
beispielsweise i kg herrschen, so wird- in die vorn W'ärinespeicher A nach der Entladeleitung
I_, führende Zweigleitung b ein Druckminderungsventil R", eingeschaltet, das von
(lein in der Leitung L, herrschenden Druck so beeinflußt wird, daß in dieser Leitung
ein Druck voll i Atin. herrscht.
-
Das Druckininderuligsventil Rla lcö111ite auch bei der Anordnung der
Abb. i statt an die Ladeleitung I_" des Wärinesl.eicliers _ 1 aii desgen Entladeleitung
b angeschlossen werden. 1?ndlich könnte das Druckniinderungsventil R,a auch hinter
dem Druckininderungsventil Rza mit dem Teil c (Abb. i und 3) der Leitung L., verbunden
werden. In beiden Fällen wird der Dampfverbraucher -1, dann unter Umgehung des Wärmespeichers
.1 aus der Leitung Lx Dampf erhalten, was aber nur in Betracht kommt, wenn iiii
Speicher Mangel all Dampf herrscht.
-
Wie Abb. 3 erkennen läßt, kann ein L'l>erströmventil O,, auch bei
Wärmespeichern . I benutzt werden, deren Lade- und Entladeleitungen mit Rückschlagventilen
1' versehen ist. Bei dieser Ausführungsforen ist die Zweigleitung L a mit
der Entladeleitung L, des Speichers derart verbunden, (laß Dampf aus der Leitung
I_1 auch unmittelbar unter Umgehung des Speichers durch das Druckmindertingsventil
Ra., nach dem Verbraucher A, gelangen kann. Dampf von höherem Druck wird aber in
den Wärmespeicher . I überströmen und hier aufgespeichert.
-
Da bei einer solchen Dampfanlage der Kesseldruck ständig in gleicher
H)lie bleibt, so muß die Befeuerung der Kessel nach dein im Wärmespeicher .1 herrschenden
Druck geregelt werden. Zu diesem Zweck wird der, Wärmespeicher .4 mit einem am Heizerstand
vorgesehenen Nlanoineter 1I (Abb. i und 3 ) verbunden, so daß der Heizer die Feuerung
entsprechend der Änderung des Speicherdruckes bedienen kann, und zwar genau so,
als ob die Druckschwankungen sich in der Kesselanlage anstatt ini Wärmespeicher
abspielten.
-
Ein Überströmventil kann natürlich auch benutzt werden, wenn die Leitung
Lt nicht aus einer Kesselanlage gespeist wird, sondern Dampf aus anderen Quellen,
beispielsweise Abdampf einer Gegendruckniaschiiie erhält. Der Leitung I_, köriiien
ferner, wie in Abb. _1 angenommen, auch Dämpfe verschiedener
Quellen
!A7 zugeführt und endlich kann auch Dampf verschiedenen Verbrauchern A,; abgegeben
werden.
-
Unter der Annahme, daß_die Summe aller zugeführten Dampfmengen
!A, mit der Summe aller fortgeleiteten Dampfmengen !A,
genau
übereinstimmt, bleibt der Leitungsdruck P._ der Leitung L, der gleiche, und das
Überströmventil 0,a bleibt also geschlossen. Vergrößert sich nun die zugeführte
Dampfinenge ! A7 oder verkleinert sich die fortgeleitete Dampfmenge @ A, so steigt
der Druck P2, und dasÜberströmventil 02" sendet den Dampf überschuß durch Leitung
Lrs nach dem Speicher A, . in dem ein schwankender Druck P" herrscht. Nimmt anderseits
die der Leitung L, zugeführte Dampfmenge !A-, ab oder nimmt die fortgeleitete
Dampfmenge z A, zu, so sinkt der Druck P, und das übersträmventil 0_a schließt sich
so weit, daß die Dampfmengen :#A; und 1 A" einander entsprechen. Vermindert sich
aber die zugeführte Dampfmenge !'A; darüber hinaus, oder vergrößern sich die fortgeleiteten
Dampfmengen -Aa, so muß, falls der Druck P, auf gleicher Höhe erhalten werden soll,
der Leitung L, höher gespannter Dampf mittels Leitung L, durch ein Druckminderungsventil
R, zugeführt werden.
-
Das Ü berströmventil 02Q und das Druckininderungsventil R12 können
sonach niemals gleichzeitig offen sein. Im Gegenteil ist es für eine richtige Wirkung
dieser beiden Ventile unbedingt erforderlich, daß von ihnen immer nur eines offen
ist oder beide geschlossen sind, derart, daß° bei etwas gesteigertem Leitungsdrucke
P2 das Überström-Ventil 02a, bei etwas vermindertem Drucke P2 dagegen das Druckminderungsventil
R, sich öffnet.
-
Das Schaubild Abb. 5 veranschaulicht die durch das Druckininderungsventil
der Leitung zugeführte bzw. die durch das Cberströmventil von der Leitung fortgeleitete
Dampfmenge AR bzw. A" als Funktion des Leitungsdruckes P,; die Ordinaten stellen
die Dampfmengen, die Abszissen die Dampfdrucke dar, wobei angenommen wurde, daß
der Leitungsdruck P2 für gewöhnlich auf .4,o kg gehalten werden soll und zwischen
3,9 und .1,1 kg schwanken darf.
-
Ein derartiges Zusammenwirken der Ventile 02a und R12 (Abb. 4.) kann
leicht erzielt werden, indem man Federn verschiedener Spannung für die beiden Ventile
wählt. In den meisten Fällen wird es jedoch zweckmäßiger sein, die Ventile mechanisch
fiiiteinander zu kuppeln. Eine derartige Kupplung der Ventile ist beispielsweise
in Abb. 6 veranschaulicht. Aus der Leitung Ll von höherem Druck P., beispielsweise
io kg, soll bei Bedarf Dampf von vermindertem Druck der Leitung L; zugeführt werden,
in der ein gleichmäßiger niedriger Druck P2, beispielsweise von z kg, erhalten werden
soll, während La die nach dein Wärmespeicher führende Leitung veranschaulicht,
in dem ein veränderlicher Druck Pa,beispielsweise von a bis o,6 kg, herrscht. Die
entlasteten Ventile R,, und 0,a werden durch eine schwache Feder f gegen ihre Ventilsitze
gepreßt und durch eine Stange S beeinflußt, die in an sich bekannter Weise oben
mit einem Balg K und einer Feder F verbunden ist. An das Ventilgehäuse sind die
Leitungen L1, L, und La, wie dargestellt, angeschlossen. Steigt der Druck
P , der Leitung L, aus irgendeinem Grunde, so liebt der Balg K die Stange S dem
Druck der Feder F entgegen und der Bund R, der Stange S hebt das untere Ventil
0., von seinem Sitz, so daß der überflüssige Dampf aus Leitung L, in die
Leitung La nach dem Speicher überströmt. Sinkt dagegen der Druck P2 in der
Leitung L2, so treibt die Feder F die Stange S nach unten, und der Bund R, der Stange
S öffnet das obere Ventil R12, so daß nun Dampf aus der Leitung L1 in die Leitung
L, überströmen kann.
-
Falls mehrere Dampfleitungen L1, L2 USW-mit verschiedenem Dampfverbrauch
Al, A, usw. vorgesehen sind, so werden derartige zusammenwirkende Überström- und
Druckminderungsventile zwischen sämtlichen Leitungen angebracht. So ist z. B. nach
Abb. 7 angenommen, daß vier Leitungen L1, 4, L3 und L,, vorhanden sind, die je Dampfverbraucher
Al, A2, A3 und A, mit Dampf von beispielsweise iokg, Ekg, 3 kg und i kg speisen.
O, 023 und 0, sind die Überströniventile, R,2, R23, Rsa und Ra,, die Druckminderungsventile.
Durch strichpunktierte Linien ist an, gedeutet, wie das Druckminderungsventil R,,
mit dem Überströmventil 023, das Druckminderungsventil R23 mit dem Überströmventil
03a usw. gemäß Abb. 6 verkuppelt ist.
-
An die Leitung L4 ist der Speicher _ 1 angeschlossen und das unmittelbar
vor denn Speicher befindliche Druckminderungsventil R3, wird zweckmäßiä auf den
niedrigsten Druck eingestellt, der im Speicher herrschen soll, wenn dieser ganz
entladen ist, in dein angenommenen Beispiel also i kg, während der höchste Speicherdruck
3 kg beträgt. Dann wird dieses Ventil R3a zweckmäßig mit dein hinter dem Speicher
gelegenen Druckminderungsventile Ra, mechanisch oder durch Wahl von. verschiedenen
Federn derart in Abhängigkeit gebracht, daß Ra" erst öffnet, nachdem R3, sich vollständig
geöffnet hat. Hierdurch wird erzielt, daß der Speicher A zunächst vollständig entladen
wird und erst dann Zusatzdampf dem Verbraucher A4 zugeführt
wird.
Die mechanische Verbindung der beiden Druckminderungsventile Rau und Ra, kann in
grundsätzlich derselben `'eise vorgenommen werden wie in Abb. G für ein Überströmventil
und ein Druckminderungsventil dargestellt ist.
-
Angenommen, in Abb..7 werde beispielsweise der Dampfverbrauch einer
Verbrauchsstelle As der Leitung L, plötzlich herabgesetzt, während das Druckminderungsventil
R23 geschlossen ist, so öffnet das Überströinventil 03a und läßt den überflüssigen
Dampf aus der Leitung L3 unmittelbar in den Speicher überströmen. Ist dagegen das
Druckminderungsventil R23 offen, so schließt sich dieses Ventil R23 zuerst, wodurch
der Druck in der Leitung ZZ etwas steigt. Ist nun das Druckniinderungsventil R12
zufällig geschlossen, so wird die freigewordene Dampfmenge, welche vorher durch
R23 hindurchströmte, jetzt durch 023 abgelassen. Ist die freigewordene Dampfmenge
größer als die Dampfmenge, die durch R.=3 hindurchströmte, so steigt der Druck in
der Leitung L3 und das Überströmvenfil 03a wird geöffnet, so daß es die überflüssige
Dampfmenge in den Speicher A überströmen läßt.
-
In gewissen Fällen können auch Leitungen umgangen werden, so daß z.
B. das Überströmventi10" nicht Dampf nach der Leitung L2, sondern nach der Leitung
L3 oder L4 überströmen läßt.
-
Derartige in die Anlage eingebaute Ventile gleichen in Verbindung
mit dem Wärmespeicher nicht nur Änderungen im Dampfverbrauch innerhalb der Anlage,
sondern auch etwa durch ungleichmäßige Brennstoffzufuhr nach dem Kessel entstehende
Druckschwankungen aus. Solche Schwankungen können durch in verschiedener Menge zur
Verfügung stehende Wärmemittel, wie z. B. Hochofengase, Abwärme aus Ofen usw" in
gewissen Ausnahmefällen auch durch elektrischen Strom verursacht werden. Aber auch
beim Heizen mit Kohle, Holz o. dgl. entstehen, wie durch ausgeführte Versuche nachgewiesen,
unvernieidliche Schwankungen, die auf eine ungleichförmige Zusammensetzung des Brennstoffes
zurückzuführen sind oder durch die Bedienung der Anlage hervorgerufen «erden. Auch
bei selbsttätigen Feuerungsanlagen entstehen derartige, häufig sehr heftige Veränderungen.
Auch diese werden ohne weiteres vom Speicher durch Vermittlung der beschrieljenen
Vorrichtungen ausgeglichen. Der ivirkungsgrad der Anlage wird durch diese Einrichtungen
beträchtlich erhöht, wie durch ausgedehnte Versuche nachgewiesen ist.