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Verfahren zum Regeln von Speisewasserpumpen. Speisevorrichtungen für
Dampfkessel, bei denen das durch den Entnahmedampf einer Kraftmaschine vorgewärmte
Speisewasser durch eine Vorwärmerpumpe gefördert wird, arbeiten einwandfrei, solange
die Kraftmaschine gleichmäßig belastet ist. Treten jedoch Schwankungen in der Leistungsentnahme
ein, so ergeben sich dadurch Störungen, daß sich der Druck der Pumpe nicht v erhältnisgleich
mit dein Drück in den Entnahmestufen ändert.
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Die Verhältnisse seien an Hand der Abb. i der Zeichnung näher erläutert:
Der Dampf aus dem Kessel i speist über die Leitung :2 die Turbine 3, die zum Antrieb
eines Generators dient. Die Turbine ist an vier Stufen 4, 5, G, 7 angezapft. Der
Dampf aus der niedrigsten Stufe 7 ist unmittelbar in den Speisewasserbehälter 8
geleitet, während der Entnahmedampf aus den drei höheren Druckstufen einer Vorwärmerpumpe
9 zugeführt wird, die der Motor io antreibt. Das vorgewärmte Speisewasser wird in
den Warmwasserspeicher i i gefördert, aus dem es durch ein weiteres Pumpenaggregat
12 in den Kessel i gedrückt wird.
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Mit der Änderung der Belastung ändert sich auch der Druck pd in den
Entnahmeleitungen 4 bis 7, und zwar, wie aus dem Schaubild Abb. -2 zu erkennen ist,
annähernd im geradlinigen Verhältnis. Da die Menge des abgezapften Dampfes Qd (durch
die strichpunktierte Linie dargestellt) sich ähnlich ändert, so läßt sich durch
entsprechende Kupphing die Speisewassermenge proportional der Dampfmenge regeln.
In der Pumpe ändert sich nun aber der Druck nicht geradlinig mit der Fördermenge,
sondern folgt der bekannten Pumpencharakteristik (Abb. 3). Die gestrichelte Linie
zeigt den Druckverlauf p" in der Pumpe in Abhängigkeit von der Fördermenge Qu, bei
einer bestimmten Drehzahl. Die in das Schaubild eingetragene ausgezogene Gerade
bedeutet den Druckverlauf Pd der Anzapfstufen bei zunehmender Belastung. Bei konstanter
Belastung arbeitet die Pumpe z. B. im Punkte A. Der Anzapfdruck und der Pumpendruck
sind gleich, so daß ein Betrieb möglich ist. Bei sich ändernder Belastung ändert
sich nun aber auch der Anzapfdruck, indem er steigt oder fällt. Bei sinkendem Dampfdruck
würde der Druck der Pumpe 'überwiegen, und es kann sogar Wasser in die Turbine eintreten,
wenn kein Rückschlagv entil eingebaut ist.
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Ein reibungsloser Betrieb wird durch die Anordnung nach der Erfindung
erreicht, bei der sich Druck und Fördermenge der Pumpe durch Drossel- und Drehzahlregelung
selbsttätig der Belastung anpaßt.
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Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist in die Frischdampfleitung
a ein Ventil 13 eingebaut, das in Abhängigkeit von den Druckschwankungen, die sich
mit den Belastungsänderungen einstellen, gleichzeitig die Speisewassermenge und
die Abzapfmenge regelt, ersteres durch ein Ventil 14 in der Druckleitung der Speisepumpe
9, letzteres durch die Ventile 15, 16, 17 und 18 in den Entnahmestufen 4
bis 7. Gleichzeitig wird die Drehzahl der Pumpe 9 durch ein Regelorgan 19,
z. B. in der Anzapfdruckstufe 4, w elches
die Drehzahl des Antriebsmotors
beeiriflußt, in Abhängigkeit von dem Druck geregelt.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung ergibt sich aus dem Schaubild,
Abb. 4., in dem n, iai, it.= die Kennlinien der Pumpe für verschiedene Drehzahlen
darstellen. Soll die Belastung von einem Zustand A auf den Zustand B gesteigert
werden, so wird sich der Regelvorgang folgendermaßen abspielen. Entsprechend dem
durch die höhere Belastung bedingten höheren Druck in der Anzapfstufe 4 wird die
Drehzahl durch das Regelorgan i9 erhöht auf die Drehzahl aal, welche durch den dem
neuen Belastungszustand entsprechenden Punkt B geht. Druck und Fördermenge ändern
sich jedoch finit der Drehzahl nach den punktierten Kurven, so daß zunächst der
dem Punkt C entsprechende Zustand erreicht wird. Um nun zu dein Zustand B zu gelangen,
muß die Fördermenge noch geändert werden, was durch Beeinflussung der Ventile in
der Druckleitung 14 und den Anzapfleitüngen 15 bis 18 geschieht.
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Der Vorgang wird sich in der Regel nicht wie beschrieben in zwei getrennten
Abschnitten vollziehen, sondern beide Regelvorgänge werden gleichzeitig nebeneinander
verlaufen und eine stetige Resultierende von A nach B
ergeben.
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Die Drehzahl der Pumpe kann auch in Abhängigkeit von dem Druckunterschied
zwischen dem Anzapfdruck und dem Gegendruck der entsprechenden Pumpenstufe beeinflußt
werden. Diese Anordnung ist in der Abb. i durch die punktierten Linien zwischen
dem die Drehzahl des Motors beeinflussenden Regelorgan ig und der obersten Pumpenstufe
angedeutet. Die Drehzahl schwankt so lange, bis sich der gewünschte Druckunterschied
eingestellt hat. Unter Umständen kann der zu erzielende Druckunterschied durch irgendeine
Betriebsgröße selbsttätig geändert werden.
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Bei der Ausführungsform nach der Abb. 5 wird das Speisewasser in besonderen
Behältern 2o, 21, 22 z. B. durch Abzapfdampf aus den verschiedenen Stufen der Turbine
vorgewärmt. Es wird aus der ersten Druckstufe der Pumpe 9 in den Vorwärrner 2o geführt,
kommt von dort in die nächste Druckstufe der Pumpe 9 zurück, um in den zweiten Vorwärmer
21 gedrückt zu werden usf. Die Regelung erfolgt in gleicher Weise wie beschrieben,
indem das Organ 13 je nach dem in der Frischdampfleitung herrschenden Druck die
Durchtrittsöffnungen für Wasser 14 und Dampf 1,4 bis 18 steuert.
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In beiden Fällen kann das Speisewasser, bevor es in den Kessel tritt,
einem Speicher i i zugeführt werden. Entsprechend dem finit wechselnder Belastung
schwankenden Anzapfdruck ändert sich auch der Druck im Speicher, und es ergibt sich
ein wechselndes Druckgefälle zwischen dem Speicher und dem Kessel.
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Wird das Wasser aus dein Speicher mit einer Kreiselpumpe in den Kessel
gefördert, so muß diese entsprechend dein größten auftretenden Druckunterschied
zwischen Kessel und Speicher gewählt werden. Das führt jedoch zu einem unnötigen
Energieaufwand, da der von der Pumpe ständig erzeugte Höchstdruck nur selten voll
ausgenutzt wird.
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Man könnte diese Nachteile dadurch umgehen, daß man an Stelle von
Kreiselpumpen Kolbenpumpen verwendet, die sich von selbst jeder Druckhöhe ohne Energieverschwendung
anpassen.
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Man kann aber auch den Betrieb von Kreiselpumpen wirtschaftlich -estalten,
wenn man ihre Drehzahl so regelt, daß sie immer der erforderlichen Druckhöhe entspricht.
Der Erfindung gemäß wird die Punipe in Abhängigkeit vom Kesseldruck oder von dem
Unterschied zwischen Kessel- und Speicherdruck geregelt.
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Ein weiteres Mittel, die Pumpe voll auszunutzen, bestellt darin, daß
man den Drucktinterschied zwischen Speicher und Kessel, der von der Pumpe zu überwinden
ist, konstant hält, z. B. dadurch, daß man den Drurk im Speicher konstant hält.
Hierzu kann man eine Zusatzpumpe verwenden, die die Druckunterschiede zwischen Vorwärmerpumpe
und Speicher ausgleicht. Diese Zusatzpumpe ändert in Abhängigkeit von dein Druck
in der Druckleitung der Vorwärmerpumpe ihre Drehzahl so, daß sie den Speicherdruck
konstant hält. Die Anordnung ist in einer Ausführungsform in der Abb. 6 veranschaulicht.
Die Bezugszeichen entsprechen denen in der Abb. i. Der Erfindung gemäß ist zwischen
der Vorwärmerpumpe 9 und dem Speicher i i die Zusatzpumpe 23 angeordnet, deren Drehzahl
in Abhängigkeit von dein Druck der Pumpe 9 geregelt wird. Die Abhängigkeit ist durch
die punktierte Linie 24 angedeutet.
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Der Speicherdruck kann aber auch dadurch ständig auf gleicher Höhe
gehalten werden. daß inan die Stufenzahl der Vorwärmerpumpe durch einige Laufräder
vergrößert. jede zusätzliche Druckstufe führt zu einem Austrittsstutzen, und man
kann je nach dem erforderlichen Druck-mit dem Anschluß der Stutzen an die Speiseleitung
wechseln.
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Die Pumpe ist in einem Ausführungsbeispiel in den Abb. 7 und 8 schematisch
dargestellt. Die Pumpe trägt in der Abb.7 einige zusätzliche Laufräder 25, 26, 27,
die Druckstufen mit den Austrittsstutzen 31, 32 und 33 ergeben.
Bei
Vollast läuft die Pumpe mit ihrer normalen Drehzahl, und das Wasser tritt aus dem
ersten Anschlußstutzen 31 aus. Die übrigen Zusatzlaufräder laufen leer; der dadurch
hervorgerufene Verlust ist unbedeutend. Mit sinkender Belastung sinkt auch der Anzapfdruck
und damit auch der Druck der Pumpe, wie durch die punktierte Abhängigkeitslinie
28 angedeutet ist. Sinkt er unter ein gewisses 'Mindestmaß, so wird der Wasseraustritt
an den Anschlußstutzen der nächst höheren Druckstufe 32 verlegt, bei weitereiii
Sinken an den dritten 33. Im Bedarfsfalle kann die Zahl der zusätzlichen Druckstufen
vergrößert werden. Die hinzugeschalteten Laufräder erhöhen den Druck des vorgewärmten
Speisewassers auf den gewünschten Druck ini Speicher.
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Der Wechsel im Anschluß der verschiedenen Druckstutzen an die Leitung
erfolgt selbsttätig. Die Regelvorrichtung ist in der Abb. 8 schematisch dargestellt.
In jedem der Druckstutzen 31, 32, 33 sitzen zwei durch Federn oder Gewichte belastete
Ventile 34. Die beiden Ventile jedes Stutzens sind verschieden belastet, z. B. öffnet
sich das eine bei 15, das andere bei 17 Atm. Nimmt der Druck in der
ersten Leitung bis zum Schließen des _Alindestdruckventils ab, so wird durch die
Wirkung des entsprechend bemessenen nächsten Schaufelrades im folgenden Druckstutzen
ein höherer Druck erreicht. Reicht dieser noch nicht aus, so wird der Austritt an
den Stutzen 33 verlegt.
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Steigt der Druck über das durch das Höchstdruckventil begrenzte 'Maß,
also im vorliegenden Falle über 17 Atni., so wird das Höchstdruckventil durch den
Wasserdruck entgegen der Ventilbelastung geschlossen und der Austritt an den Stutzen
der nächst niedrigen Druckstufe verlegt usw.
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Die Wirkungsweise der Regelanordnung ergibt sich besonders deutlich
aus dem Schaubild der Abb. 9, die die Kennlinien der einzelnen Laufräder darsiellt.
Der Austritt am Stutzen i erfolgt, wenn die Pumpe in dem obersten, mit ausgezogenen
Strichen schraffiertem Felde arbeitet. Siükt der Anzapfdruck und damit die Pumpenarbeit
in das zweite, strichpunktierte Feld, so wird durch die Verlegung des Austritts
auf die nächsthöhere Druckstufe die Kennlinie in das höhere Feld in der Pfeilrichtung
gehoben. Bei weiterem Sinken in das gestrichelte Feld lieben die neu eingeschalteten
Laufräder die Kennlinie in das oberste Feld.
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Die Erfindung gibt durch die gesonderte Beeinflussung von Druck und
Fördermenge der Vorwärmerpumpe die 'Möglichkeit, die Speisewasserpumpe selbsttätig
der Belastung so anzupassen, daß bei gleichmäßiger Feuerführung der Druck im Kessel
annähernd auf gleicher Höhe gehalten wird.