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Dampfkesselanlage mit Wärmespeicher. Vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Dampfkesselanlagen, bei denen ein Ausgleich von Schwankungen durch Regelung
der Speisewasserzufuhr zur Kesselanlage erfolgt. Derartige Anlagen sind bekannt,
und zwar ist vorgeschlagen «-orden, die Speicherladung dadurch zu bewerkstelligen,
claß Überschußdampf durch vermehrte Zuführung von Wasser niedergeschlagen wird,
oder auch, daß die vermehrte Zufuhr von Wasser die l'jberschußdampferzeugung selbst
unterbindet. Hierzu sind auch verschiedene Regelungsarten bereits vorgeschlagen,
die jedoch nicht die gerade in Dampfkesselbetrieben erforderliche Betriebssicherheit
gewährleisten.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird eine Regelung angegeben, bei der
diese Sicherheit vorhanden ist und außerdem die Ausnutzung der Kessel- und Speicherkapazitäten
bis zum äußersten ermöglicht wird. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die
Speiseleitungen und darin befindliche Regelorgane derart angeordnet und geregelt
sind, daß die Frischwasserzufuhr in Abhängigkeit vom Dampfdruck erfolgt, bei Annäherung
an den höchsten Kesselwasserstand jedoch stets abgestellt und an den niedrigsten
stets angestellt wird, während die Heißspeisung nur bei einem unteren Wasserstand,
jedoch nicht dem tiefsten, und der Überlauf bei einem oberen Wasserstand, jedoch
nicht dem höchsten, erfolgt. Hierdurch wird einerseits ein über-und Unterspeisen
des Kessels, das auch beim Zusammenarbeiten mit Speichern durch ungünstige Umstände
(verschiedene und zu große Rohrleitungswiderstände im Überlauf, Versagen der Fördereinrichtungen
und anderes mehr) immer möglich ist, vermieden, und es wird der im Kessel vorhandene
Speiseraum, der den wertvollsten Speicher darstellt, innerhalb der Sicherheitsgrenzen
vollkommen ausgenutzt.
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Es ist auch möglich, die Kesseldampferzeugung unmittelbar dem Dampfverbrauch
anzupassen, indem die Kesselanlage durch Mischung von Frischwasser und Heißwasser
aus dem Speicher mit wechselnder Temperatur gespeist wird, wobei bei höherer Belastung
eine höhere, bei niedrigerer Belastung eine niedrigere Temperatur eingestellt wird.
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Um die Rohrleitungskosten bei der Anlage gemäß der Erfindung niedrig
zu halten, soll weiter mir eine gemeinsame Leitung zwisehen Kessel und Speicher
zur Hin- und Rückleitung des Wassers vorgesehen sein. Diese muß jedoch auf einer
gewissen Strecke in zwei Teile geteilt werden, wobei in einem Zweig die Fördereinrichtung
sich befindet, während die beiden Abzweigleitungen mit Rückschlagventilen versehen
«erden, um die Strömungsrichtung des Wassers sicherzustellen.
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Die Zeichnung zeigt ein Schema einer Anlage gemäß der Erfindung, und
zwar zeigt Abb. i eine Gesamtanlage mit getrennter Regelung von Heiß- und Kaltspeisung,
Abb. 2 die gemeinsame Regelung von Heiß- und Kaltspeisung.
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Der Kessel 13 wird durch die Leitung 9 rnit Speisewasser versorgt.
Die Regelung der Speisewasserzufuhr erfolgt im 'Normalfall durch das Ventil io,
das mit Hilfe des Druckgebers 24 und der Einflußleitung 25 vom Kesseldruck derart
gesteuert wird, daß es bei übernormalem Druck weiter öffnet, bei unternormalem weiter
schließt. Hinter das Ventil io ist ein Ventil ii geschaltet, das vom Kesselwasserstand
derart beeinflußt ist, daß es bei höchstem Wasserstand schließt, während in einer
parallel zum Ventil io geführten Umgehungsleitung ein Ventil 12 angeordnet ist,
das beim niedrigst zugelassenen Wasserstand im Kessel öffnet. Die Ventile i i und
12 werden von einem durch den Wasserstand beeinflußten Schwimmer 26 oder ein gleichwertiges
Organ beeinflußt, das in der höchsten Stellung Ventil i i schließt, in der niedrigsten
Ventil 12 öffnet. Selbstverständlich können die drei Ventile durch ein in der gleichen
Weise wirkendes ersetzt werden.
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Der Überlauf des bei Wärmeüberschuß zuviel gespeisten Heißwassers
aus dein Kessel 13 erfolgt durch die Leitung 1d., das, Überlaufventil 15, das Rückschlagventil
16, die Zulaufleitung 17 und die Pendelleitung 18 zum Speicher i9. Die Rückführung
des Heißwassers aus dem Speicher i9 in den Kessel 13 erfolgt durch die Pendelleitung
18, Rückführleitung 2o, Förderpumpe 21, Heißspeiseventil 22, Rückschlagventil 23
und Leitung 1q.. Der Überlauf erfolgt bei erreichtem oberen Wasserstand, der jedoch
tiefer liegt als der höchste, das Ventil i i schließende Wasserstand, indem der
Schwimmer 27 die Üffnung des Ventils 15 bewirkt. Die Heißspeisung
des
Kessels erfolgt bei einem unteren Wasserstand, der jedoch höher ist als der niedrigste,
das Ventil 12 öffnende Wasserstand, indem der Schwimmer 27 die öffnung des Ventils
22 bewirkt. Die Schwimmer 26 und 2; können auch durch einen Apparat ersetzt werden,
der bei den verschiedenen Wasserstandshöhen entsprechend arbeitet.
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In der Abb. 2 wird der Kessel 13 durch die Leitung 68 gespeist.
In dieser befindet sich ein Thermostat 69, dessen Einstellung durch den Druckgeber
24 und die Einflußleitung 25 derart verändert wird, daß er bei iibernormalem Druck
höhere, bei unternormalem Druck geringere Temperaturen zu halten bestrebt ist. Der
Thermostat 69 wirkt seinerseits auf das Speiseventil io in der Frischspeiseleitung
9 und das Heißspeiseventil 70 in der Leitung 20 derart, daß er die gewünschte
lischtemperatur durch Verstellung der Ventile io und 7o erreicht. Bei Überschreiten
der Temperatur wird Ventil io weiter geöffnet und Ventil 70 weiter geschlossen,
bei Unterschreiten umgekehrt.
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Die Abb. 3 bis 8 zeigen Ausführungsformen der Apparate, wie sie zur
Durchführung der Erfindung angewendet werden können, und zwar zeigt Abb.3 eine Darstellung
des Regelineclianismus, Abb. .I den Thermostaten 69, Abb. 5 den Druckgeber 2.4,
Abb.6 den Druckgeber für hohe Drücke und große Empfindlichkeit, Abb.7 den Impulsgeber
für den Wasserstand 26 und 27, Abb. 8 den Impulsgeber für den Speicherwasserstand.
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Die mittelbare Regelung gemäß der Abb. 3 hat den Vorteil, daß man
ein Ventil von beliebig vielen Einflüssen und mit beliebiger Empfindlichkeit steuern
lassen kann. Die in der Ventilspindel 31 befindlichen, entlasteten Ventilteller
32 werden durch Vermittlung eines Gestänges 33 von dem unter Druckstehenden Kolben
34. entgegen der Wirkung einer Feder oder eines schräg hängenden Gewichtes 35 gehoben
oder gesenkt. Der auf den Kolben 34 wirkende Druck wird durch ein in der Leitung
36 befindliches flüssiges oder elastisches Medium zugeführt und kann durch das Drosselventil
37 gedrosselt werden. Von der Leitung 36 ist eine Leitung mit einer Düse 38 abgezweigt,
die durch Vermittlung eines Hebels mehr oder weniger geöffnet werden kann. Wird
der Durchfluß durch die Düse 38 freigegeben, so sinkt der Druck in der Leitung 36,
wodurch das Ventil, dein Federdruck folgend, verstellt wird. Wird die Düse 38 dagegen
verschlossen, so steigt der Druck in der Leitung 36, der Kolbendruck überwindet
den Federdruck und verstellt das Ventil im entgegengesetzten Sinne. .
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Der Regeleinfluß wirkt also lediglich auf die Vorrichtung, die die
Öffnung der Düse freigibt oder schließt, wozu nur geringe Kräfte erforderlich sind.
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Als Regelimpuls werden im vorliegenden Falle Temperaturen, Drücke
und Wasserstandshöhen verwendet, und es sind demgemäß verschiedene Impulsgeber anzuwenden.
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Abb. 3 zeigt einen an sich bekannten Temperaturgeber, der durch Längenänderung
bei veränderter Temperatur die Düse öffnet oder schließt.
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Abb. ¢ stellt einen Druckgeber dar. Der auf das Gehäuse 39 wirkende
Druck belastet den Metallschlauch .4o, dessen Inneres mit der Außenluft in Verbindung
steht. Dieser Metallschlauch wird bei steigendem Druck stärker zusammengepreßt und
drückt durch Vermitlung der Einstellschraube .I1 und des Düsenhebels 42 entgegen
der Wirkung der Feder 43 die Düsenklappe von der Düse 44 ab, wodurch die Düsenleitung
freigegeben wird.
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Abb. 5 stellt einen Geber für Druckdifferenzen dar. Der Metallschlauch
.I5 steht innen und außen unter Druck. Durch die Rohrleitung .I6 tritt in den oberen
Raum .1 .7 der eine der einzuregelnden Drücke, beispielsweise der Kesseldruck, ein,
während durch die Leitung 4.8 in den Raum 49 der andere Druck tritt. Je nach dein
Überwiegen des einen oder des anderen Druckes wird der Metallschlauch 45 zusammengepreßt
oder ausgedehnt und bewegt dadurch den Hebel 5o aufwärts oder abwärts. Die Bewegung
des Hebels wirkt dann durch einen mit einem zweiten Metallschlauch 51 an den Raum
.1 .7 druckdicht angeschlossenen Kopf 52 auf das normale Düsengestänge, wie es in
den vorhergehenden Abbildungen erklärt ist. Der Geber für Druckdifferenzen ersetzt
den Druckgeber gemäß Abb. 4. dann, wenn dessen Genauigkeit, etwa bei hohen Drücken,
nicht mehr ausreicht. In diesem Falle wird. der Raum 49 unter den bestimmten einzuregelnden
Druck gesetzt, z. B. dadurch, daß die Leitung 48 und der Raum .I9 mit einer unzusammendrüchbaren
Flüssigkeit gefüllt sind und ein mit einem Gewicht 53 belasteter Kolben 54 je nach
dem Gewicht einen bestimmten konstanten Druck auf die Flüssigkeit und damit auf
den -.'\Ietallsclilauch ausübt. Der Metallschlauch wird dann lediglich von der Steigerung
oder- Abnahme des Kesseldruckes gegenüber dem einstellbaren Druck im Raum .9 beeinflußt,
wodurch eine wesentlich größere Genauigkeit zu erzielen ist.
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In Abb. 6 ist ein Impulsgeber für Wasserstandshöhen
dargestellt,
wie er für unter Druck stehende Kessel Verwendung finden kann. In den Wasserspiegel
taucht der Schwimmerkörper 55, der voll oder hohl sein kann und am Hebel 56 aufgehängt
ist. Dies Gewicht ist durch das Gegengewicht 57 außerhalb des unter Dampfdruck stehenden
Raumes ausgeglichen. Der biegsame Metallschlauch 58 gestattet eine Drehung des Hebels
56, ohne daß eine Durchbrechung der Wandungen des unter Druck stehenden Kessels
erforderlich ist, wodurch umständliche Dichtungsvorrichtungen vermieden werden.
Das Kopfstück 59 überträgt wieder die Bewegung auf einen oder mehrere Düsenhebel
in der vorbeschriebenenWeise. Je nachdem, ob man einen höchsten Wasserstand oder
einen tiefsten Wasserstand begrenzen will, wird der Düsenhebel oberhalb oder unterhalb
des Kopfstücks 59 angebracht. Durch entsprechende Form des Auftriebkörpers 55 ergeben
die verschiedenen Wasserstandshöhen einen verschieden starken Ausschlag des Hebels
56, wodurch das Kopfstück 59 der Reihe nach verschiedene Diisenhebel beeinflußt
bzw. wirken läßt.
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Abb. 7 zeigt einen nach dem gleichen Prinzip wie beim Höhengeber konstruierten
Inhaltsanzeiger, der den Wasserinhalt des Speichers i9 oder des Wasserbehälters
7 (Abb. i) anzeigt. Insbesondere, wenn als Speicher vorhandene Steilrohrkessel oder
Kammerkessel verwendet werden, entstehen Schwierigkeiten, hierfür geeignete Wasserstandsanzeiger
zu schaffen. Wasserstandsgläser haben den Nachteil, daß sie einmal sehr lang sein
müssen und dadurch die Gefahr des Bruchs naheliegt und daß sie ferner nur die Wasserstandshöhe,
nicht aber direkt den Wasserinhalt der Speicher angeben, während man bei dem Inhaltsanzeiger
nach Abb.7 durch entsprechende Formung des Schwimmers oder Einteilung der Skala
unmittelbar den Wasserinhalt ablesen kann.
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Der Schwimmkörper 6o hängt, durch ein Gegengewicht 61 ausgeglichen,
am Hebel 62, dem wieder ein -Metallschlauch 63 freie Be-,vegung gestattet. Die Bewegung
des Hebels 62 wird durch ein Zahnsegment und ein Zahnrad 64 auf den Zeiger 65 übertragen
und läßt hierdurch den Wasserinhalt erkennen.