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Speisewasserregler für Dampfkessel. Es sind Speisewasserregler für
Dampfkessel bekannt, bei denen das Speisewasserventil von einer unter dem Druck
einer Flüssigkeitssäule stehenden Membran gesteuert wird, indem der Druck dieser
Flüssigkeit bei Veränderung des Wasserstandes im Kessel durch Einwirkung des Dampfes
oder des Wassers des Kessels geändert wird. Diese bekannten Speisewasserregler waren
meistens so eingerichtet, daß der Kessel nur mit Unterbrechungen gespeist wurde
und arbeitete im übrigen so, daß der Wasserstand möglichst auf derselben Höhe erhalten
wurde.
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Demgegenüber ist der vorliegende Speisewasserregler für eine bei normalem
Betrieb beständig arbeitende Speisepumpe bestimmt und so eingerichtet, daß der Wasserstand
zwischen bestimmten Grenzen bei steigender Beanspruchung des Kessels, also bei großem
Dampfverbrauch sinkt, bei sinkender Beanspruchung, also geringerem Dampfverbrauch,
aber steigt, um in dem jetzt mehr eingeführten Wasser einen Wärmevorrat aufspeichern
zu können. Auf diese Weise kann die Feuerung des Kessels annähernd gleichmäßig betrieben
werden, indem bei schwacher Beanspruchung des Kessels ein größerer Wasservorrat
in den Kessel geschafft wird, der die im Verhältnis zu dem derzeitigen Dampfverbrauch
nicht unmittelbar benötigte Hitze der Feuerung aufspeichert, so daß der Kessel bei
steigender Beanspruchung mehr Dampf abgeben kann, als zeitweilig von der Feuerung
erzeugt wird.
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Die Wärmeübertragungsvorrichtung für die auf die Membran des Speisemvasserventils
einwirkende Flüssigkeitssäule kann in verschiedener Weise ausgeführt werden. Bei
einer Ausführung wird. ein mit dem Dampf- und dem Wasserraum verbundenes Rohr durch
einen geschlossenen, zum Teil mit Wasser oder der sonstigen auf die Membran einwirkenden
Flüssigkeit
gefüllten Bettälter hindurchgeführt. Sinkt der Wasserstand des Kessels und somit
auch der dieses Rohres, so wird der Dampfraum dieses Rohres entsprechend größer,
so daß auch mehr Wärme an die in dem Behälter enthaltene Flüssigkeit übertragen
und diese somit durch Dampfentwicklung unter einen größeren Druck gesetzt wird,
der dann auf die Membran des Speisewasserventils entsprechend einwirkt.
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Bei einer anderen Ausführungsform besteht die Wärmeübertragungsvorrichtung
aus einem durch eine zweckmäßig schräge Scheidewand in zwei Abteilungen geteilten
Behälter, von denen die eine Abteilung einen Teil der auf die Membran des Speisewasserventils
wirkenden Flüssigkeitssäule aufnimmt, während die andere Abteilung oben mit dem
Dampfraum und unten mit dem Wasserraum des Kessels verbunden ist. Dieser Behälter
ist so angeordnet, daß seine Oberkante in der Linie des höchsten Wasserstandes und
seine Unterkante in der Linie des niedrigsten Wasserstandes liegt. Die mit dem Kessel
verbundene Abteilung wird daher für gewöhnlich zum Teil mit Wasser und zum Teil
mit Dampf gefüllt sein, und der Wasserstand wird in dieser Abteilung genau demjenigen
des Kessels entsprechen. Sinkt der Wasserstand im Kessel, so vergrößert sich der
Dampfraum in der Abteilung des Behälters, und es wird durch die Scheidewand mehr
Wärme auf die Flüssigkeitssäule der anderen Abteilung übertragen, so daß auf die
Membran ein entsprechend höherer Druck wirkt.
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Die Bewegung der Membran kann durch ein Hebelsystem in der Weise auf
das Ventil übertragen werden, daß eine Vergrößerung der Bewegung erzielt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel des Speisewasserreglers ist in Abb. 1 schematisch
in Ansicht dargestellt. Abb.2 zeigt in größerem Maßstab einen senkrechten Schnitt
durch den Regler und das Speiseventil. Abb. ; ist eine Seitenansicht des Ventils.
Abb. 4. zeigt eine abgeänderte Form des Ventilreglers. Abb.5 zeigt eine andere Ausführungsform
der Wärmeübertragungsvorrichtung. Abb.6 ist eine schematische Ansicht des Reglungsventils
mit kegelförmigen Seiten. Abb.7 zeigt einen Schnitt durch ein Reglungsventil, bei
dem die Membran aus einem Zylinder aus Gummi o. dgl. besteht, der von einer Feder
umfaßt wird. Abb.8 ist ein Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Vorrichtung.
Abb. 9 zeigt einen Querschnitt durch den Flüssigkeitsbehälter von Abb.8.
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Bei der in Abb. i bis a dargestellten Ausführungsform umfaßt der Regler
19 ein Rohr 27, das durch die Rohre 28 und 29 ober- und unterhalb des Wasserspiegels
mit dem Kessel 3o verbunden ist. Das obere Ende des Rohres 27 ist daher mehr oder
weniger mit Dampf und das untere Ende mehr oder weniger mit Wasser gefüllt, je nach
der Lage des Wasserspiegels im Kessel. Das Rohr 27 wird von einem Rohr 31 umschlossen,
das zum Teil mit Wasser 32 gefüllt ist und durch das Rohr 33, den Behälter 37 und
das Rohr 3 5 mit der auf das Ventil 3 7 wirkenden Membran 44 des Reglers 36 verbunden
ist.
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Wenn der Wasserstand in dem Kessel sinkt, wird mehr Dampf in dem Rohr
31 des Reglers erzeugt werden, da der Dampfraum des Rohres 27 wächst. Der Druck
des in dem Rohr 31 erzeugten Dampfes wird von dem Stand des Wassers in dem Rohr
27 abhängest und somit von dem Wasserstand im Kessel. Dieser Druck wird mittels
der Membran 44 und der sie mit dem Ventil 37 verbindenden Glieder die Stellung des
Ventils und somit die Menge des dem Kessel durch das Speiseventil 39 zugeführten
Speisewassers bestimmen.
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Da die Menge des Wassers in dem Reglerrohr 31 sich beständig vermindert,
muß sie von Zeit zu Zeit ergänzt werden, damit der '\Vasserspiegel in diesem Rohr
31 möglichst beständig etwas oberhalb des normalen Wasserstandes des mit dem Kessel
verbundenen Rohres 27 liegt und somit der Dampfraum des Rohres 27 beständig auf
das Wasser des Rohres 31 einwirken kann. Dies wird nach der Erfindung dadurch ermöglicht,
daß mit dem Rohr 31, ungefähr in der Höhe des in diesem Rohr erwünschten Wasserstandes,
ein Zuführungsrohr 33 verbunden ist, das von einem flachen Behälter 37 ausgeht.
Dieser Behälter hat einen sehr großen wagerechten Querschnitt im Vergleich mit dem
kleineren Querschnitt des Dampferzeugungsrohres 31. Die Einschaltung dieses Behälters
bewirkt daher, daß der Wasserspiegel des Rohres 31 im wesentlichen auf derselben
Höhe erhalten wird wie in dem Behälter 3.1, da, wenn das Wasser des Rohres 31 durch
Undichtigkeiten o. dgl. entw leicht, das Wasser aus dem Behälter 3.4 in das Rohr
31 nachfließenwird. Außerdem ist es unmöglich, daß das Wasser des Rohres 31 durch
den im Rohr entwikkelten Dampf unter die Mündung des Rohres 33 heruntergedrückt
wird.
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Um dem Behälter 34 Wasser zuzuführen, kann irgendeine geeignete Vorrichtung
benutzt werden. z. B. ein Rohr .4o, das mit einer Druckwasserleitung verbunden ist
und von dem Behälter 3.1 bis zu einem Punkt herabgeführt ist, wo es im Bereich des
Wärters liegt. Ein ähnliches Rohr 4.1, das zu demselben. Punkt führt und in einen
Abzugskanal
mündet, dient dazu, den Druck im Behälter abzulassen,
so daß das Wasser aus dem Behälter 34. fließen kann, wenn die beiden Ventile 4 2
und .l 3 der Rohre geöffnet sind. Wenn der Behälter 34. genügend gefüllt ist, wird
das Wasser aus dem Rohr .11 ausströmen, - was für den -#Värter ein Zeichen ist,
die beiden Ventile .l2 und .13 zu schließen.
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Durch Verwendung des selbsttätigen Wasserstandsreglers 3.1, der den
Wasserspiegel in dem Rohr 31 stets auf derselben Höhe hält, ändert sich der Druck
des Dampfes in dem Rohr 31 umgekehrt mit der Höhe dcKs Wasserstandes im Rohr 27
und damit im Kessel 3o, so daß sich auch die Öffnung des Speisewasserventils entsprechend
ändert. Wenn daher die verschiedenen Teile des Reglers die richtigen Verhältnisse
haben und richtig eingestellt sind, wird der Wasserstand des Kessels sich umgekehrt
zu seiner Beanspruchung ändern.
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Die Empfindlichkeit des Zusammenwirkens zwischen dem Regler und dem
Wasserstand des Kessels hängt jedoch von der Empfindlichkeit der Bewegung des Ventils
bei Veränderungen des Dampfdruckes im Rohr 31 ab. Um diese Empfindlichkeit zu steigern,
ist die Membran 44 nicht unmittelbar mit der Ventilstange verbunden, es ist vielmehr
in das Verbindungsgestänge eine drehbare Welle 42 (Abb.2) eingeschaltet, die durch
die Stopfbüchse 43 in das Innere. des Ventilgehäuses hineintritt. An dieser Welle
sind zwei Arme 5 und .l6 befestigt, die mit der Membran bzw. dem Ventil verbunden
sind. Um dem Ventil eine Bewegung zu geben, die größer oder kleiner ist als diejenige
der Membran, können die Arme .l5 und ,16 verschiedene Länge haben. Wenn der Arm
45 länger ist, wird die Bewegung der Membran größer sein als diejenige des Ventils;
ist der Arm .l5 dagegen kürzer, so wird das Ventil die größere Bewegung haben. Um
das Hebelverhältnis ändern zu können, sind in dem Arm .l5 mehrere Löcher .l7 vorgesehen,
um die Verbindungsstange 4.8 der Membran an verschiedenen Stellen des Armes befestigen
zu können. Damit diese Verbindungsstange 4.8 immer senkrecht angeordnet ist, sind
in dem Rahmen 50 mehrere Löcher 4.9 für die Befestigungsschrauben des die
Membran tragenden Bügels 51 vorgesehen, so daß dieser in verschiedenen Stellungen
befestigt werden kann.
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Veränderungen in der relativen' Bewegung der Membran und des Ventils
sind wünschenswert, um den Wasserstand des Kessels den Veränderungen der Beanspruchung
des Kessels anpassen zu können. Je größer die relative Bewegung der Ventilstange
ist, desto größer ist die Änderung des Wasserzuflusses bei einem gegebenen Wechsel
der Bewegung der Membran und daher für eine gegebene Änderung des Wasserstandes.
Hieraus folgt, daß, je größer die relative Bewegung des Ventils ist, desto kleiner
die Änderungen des Wasserstandes des Kessels bei veränderter Beanspruchung des Kessels
sind.
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Wenn im Betriebe das Speisewasserventil sich mehr und mehr öffnet
-, wird der Abfall des Wasserdruckes dadurch gewöhnlich geringer, und wenn die Öffnungen
D5 des Ventils parallele Seiten haben, nimmt der Durchfluß des Wassers durch diese
Öffnungen nicht im Verhältnis zu der Bewegung des Ventils zu. Hieraus folgt, daß
die Größe der Veränderung des '\Vasserstandes im Kessel, die sich aus der veränderten
Belastung des Kessels ergibt, bei großer Beanspruchung geringer sein wird als bei
kleiner Beanspruchung. Bei Vorliegen eines Unterschiedes ist es aber gewöhnlich
vorzuziehen, die größere Wirkung bei großer Beanspruchung zu haben, da Änderungen
des "Vasserstandes im Kessel bei großer Beanspruchung gefährlicher sind als bei
kleiner Beanspruchung.
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Um daher den Druckabfall durch das Ventil mit zunehmender Wasserzufuhr
auszugleichen, werden die Seitenränder der Öffnungen des Ventils nicht parallel
angeordnet, so daß, wenn das Ventil sich weiter öffnet und infolgedessen der Druckabfall
abnimmt, der Durchgangsquerschnitt der Ventilöffnungen sich vergrößert, und zwar
in einem größeren Verhältnis, als der wirklichen Bewegung des Ventils entspricht.
Indem man den Winkel zwischen den Rändern der Öffnungen richtig wählt, kann der
Zufluß des Wassers proportional der Bewegung des Ventils gemacht werden, oder er
kann, falls gewünscht, in einem größeren Verhältnis zunehmen, als der Bewegung des
Ventils entspricht. Hierdurch wird bewirkt, daß die Änderungen des Wasserstandes
bei starker Beanspruchung des Kessels für einen gegebenen Wechsel des Wasserstandes
geringer sind als bei geringer Beanspruchung.
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In Abb. ¢ ist eine andere Ausführungsform der Verbindung der Membran
mit dem Ventil dargestellt. Hier sind an dem das Membrangehäuse tragenden Rahmen
51 zwei Hebel 6o und 61 drehbar gelagert, die miteinander durch ein Gelenkglied
verbunden sind, und von denen 6o mit der ;Membran, 61 mit dein Ventil verbunden
ist. Auf diese Weise wird eine doppelte Hebelwirkung erzielt, und die Bewegung des
Ventils ist erheblich größer als die Bewegung der Membran. Die Größe der relativen
Bewegungen der beiden Hebel kann dadurch geändert werden, daß das verbindende Gelenkglied
in das eine oder das andere
der in den Hebeln angebrachten Löcher
62 und 63 eingefügt wird. Außerdem kann noch der Drehpunkt des Hebels 6o geändert
werden, indem hierfür verschiedene öffnungen 6.1 vorgesehen sind.
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In Abb.5 ist eine Wärmeübertragungsvorrichtung 65 dargestellt, die,
eine schräge Scheidewand 66 besitzt und so angebracht ist, daß ihre Unterkante sich
in der Höhe des niedrigsten Wasserstandes und ihre Oberkante sich in der Höhe des
gewünschten höchsten Wasserstandes befindet. Der unter der Scheidewand befindliche
Raum des Krafterzeugers 65 ist mit dem Dampfraum des Kessels 3o durch das Rohr 68
und mit dem Wasserraum durch das Rohr 69 verbunden. Der Wasserstand in dem Behälter
65 ist deshalb der gleiche wie im Kesses, so daß diese Scheidewand 66 in der Regel
gleichzeitig von Wasser und Dampf berührt wird. Wenn bei sehr großer Beanspruchung
des Kessels der Wasserstand auf den niedrigsten Stand sinkt, wird die Scheidewand
66 lediglich von Dampf bespült, so daß das über der Scheidewand befindliche Wasser
seine größte Ausdehnung erhält und infolgedessen das Reglungsventil 67 am weitesten
geöffnet wird. Bei sehr kleiner Beanspruchung des Kessels, also hohem Wasserstand
desselben, wird die Scheidewand 66 nur von Wasser bespült, so daß sich das über
der Scheidewand befindliche Wasser entsprechend zusammenzieht und das Ventil entsprechend
geschlossen wird.
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Eber dem Gehäuse des Krafterzeugers ist eine Rohrschlange 7 o angebracht,
die durch die öffnung 71 mit dem Wasserraum oberhalb der Scheidewand verbunden
ist. Am oberen Ende der Rohrschlange ist ein Druckmesser 7 2 angebracht. Der obere
Wasserraum des Behälters 65 ist durch ein Rohr 7-33, das mit einer Schleife
74. versehen ist, mit dem oberen Teil 7 5 des Reglerventils 67 verbunden. In diesem
Teil 75 ist eine nicht dargestellte Membran angeordnet, die auf die von einer Schraubenfeder
7 7 umfaßte Ventilspindel 76 einwirkt. Wenn sich unter der Scheidewand 66 mehr Dampf
als Wasser befindet, bewirkt die durch die Scheidewand übertragene Hitze, daß der
Druck in dem darüberliegenden geschlossenen System zunimmt, so daß die in dem Rohr
7,3 befindliche Wassersäule den Widerstand der Feder 7 7 überwindet und das
Ventil 67 öffnet, so daß Wasser in den Kessel gespeist wird. Wenn das Wasser in
dem Kanal steigt, wird die vom Dampf bespülte Fläche der Scheidewand 66 kleiner,
so daß weniger Hitze durch sie übertragen wird. Der Druck in dem geschlossenen System
wird deshalb geringer, so daß die Feder 7 7 wieder in Wirkung tritt und das Ventil
67 schließt. Nach Abb.6 ist das Reglungsventil mit kegelförmigen Sitzen 78 versehen.
Bei der in Abb.7 dargestellten Ausführungsform ist an Stelle einer flachen Membran
ein Gummizylinder 79 benutzt, der von einer Schraubenfeder 8o umfaßt wird.
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In Abb. 8 und 9 ist eine Einrichtung dargestellt, bei der ein Behälter
94. mit dem Kessel 3o durch ein unteres Rohr 82 in Höhe des gewünschten niedrigsten
Wasserstandes und durch ein oberes Rohr 83 in Höhe des gewünschten höchsten Wasserstandes
verbunden ist. In den Behälter 94. tritt von oben ein aih unteren Ende geschlossenes
Rohr 84 hinein, das bis zur Linie 86 mit Wasser gefüllt ist. Die Höhe dex Wassersäule
wird durch ein von oben in das Rohr 84 eingeschobenes Rohr 87 bestimmt, das an seinem
unteren Ende 88 offen ist. Die lichte Weite des Rohres 84 braucht im Vergleich mit
der Fläche der das Ventil regelnden Membran 89 bei voller Durchbiegung derselben
nur verhältnismäßig klein zu sein, so daß praktisch das ganze Wasser des Rohres
8,1 verdampft werden kann. Die Membran 89 wirkt auf einen Hebel 9o ein, um das Ventil
9 i zu öffnen und zu schließen.
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Wenn der Wasserstand im Kessel 30 unter dem. höchsten Stand
sinkt, tritt in den oberen Teil der Kammer 81 des Behälters 9.1 durch das Rohr 83
Dampf ein, der das Wasser des Rohres 84. erhitzt, so daß es sich ausdehnt und durch
das Rohr 92 auf die Membran 89 wirkt. Die Bewegung der Membran bewirkt dann, daß
das Ventil 9i genügend geöffnet wird, um dem Kessel 3o die erforderliche Menge Wasser
zuzuführen. Je mehr das Wasser in dem Behälter 94. fällt, desto heißer wird das
Wasser in dem Rohr 84., desto größer wird auch sein Volumen und desto mehr wird
das Ventil 9 i sich öffnen. Wenn dagegen das Wasser in dem Behälter 9¢ steigt, kühlt
es das Wasser in dem Rohr 8¢ ab und bewirkt, daß es sich zusammenzieht und dadurch
den auf die Membran 9 i ausgeübten Druck verringert, so daß die Feder 93 in Wirkung
treten kann, um das Ventil zu schließen. Der Behälter 94. ist auf seiner Außenseite
mit Rippen 95 versehen, die dazu dienen, die Wärme an die Außenluft abzugeben. Während
hierdurch die Temperatur des Dampfes nicht beeinflußt wird, geschieht dies in merklichem
Maße bei dem Wasser. Diese Anordnung hat den Zweck, einen wesentlichen Unterschied
zwischen der Temperatur des Dampfes und derjenigen des Wassers herbeizuführen. Am
oberen Ende des inneren Rohres 84 sind ebenfalls Rippen 96 vorgesehen, die den Zweck;
haben, die Hitze des in dem Rohr befindlichen Dampfes nach außen abzuführen, so
daß eine beständige
Wärmeübertragung von dem Dampf auf das Wasser
stattfindet, um den Druck aufrechtzuerhalten. Der Druck in dem Rohr 84 hängt nicht
nur von --der Temperatur des in ihm befindlichen Dampfes ab, sondern auch von der
Größe des Raumes, den der Dampf einnimmt. Bei einem größeren Volumen muß mehr Wärme
an das Wasser übertragen werden, um eine gegebene Temperatur zu erhalten; und um
mehr Hitze an das Wasser im Rohr 84 zu übertragen, ist es notwendig, daß das Wasser
in dem Behälter 94. auf einen niedrigen Stand sinkt. Um dies zu erzielen, ist ein
Rohr 97 vorgesehen, daß sich von dem oberen Ende des Gehäuses 98 nach oben erstreckt
und zur Vergrößerung des Dampfraumes dient. Das Reglungsventil 9 i ist ähnlich eingerichtet
wie das in Abb. oder Abb.7 dargestellte, die Membran 89 ist aber gegenüber Abb.
7 verlängert.