-
Vorrichtung zur Einregelung einer den Wirkungsgrad eines Betriebsvorganges
beeinflussenden Betriebsgröße, die nicht in eindeutiger Beziehung zu der auf den
Regler einwirkenden Größe steht Bei mechanischen Regeleinrichtungen der üblichen
Art handelt es sich gewöhnlich um Vorgänge, bei denen die einzuregelnde Größein
eindeutiger Beziehung zu der auf den Regler einwirkenden Größe steht. Infolgedessen
entspricht jeder Stellung des Regelgliedes auch nur ein bestimmter Wert der zu regelnden
Größe. Es gibt nun aber auch Vorgänge, bei denen diese eindeutige Beziehung nicht
vorhanden ist, also einem Werte der einen Größe zwei oder mehr Werte der anderen
zugeordnet sein können. Die Beziehung zwischen den beiden Größen stellt sich dann
nicht mehr als eine in bestimmtem Sinne verlaufende Kurve, sondern als eine Kurve
mit einem Umkehrpunkt, z. B. Höchst-oder Mindestwert der einen Größe dar. Bei solchen
Verhältnissen kann es geboten sein, die mechanische Regelung so einzurichten, daß
der dem Umkehrpunkt entsprechende Zustand möglichst aufrechterhalten bleibt. Handelt
es sich beispielsweise um einen Vorgang, der bei einem bestimmten Werte einer veränderlichen
Größe den günstigsten Wirkungsgrad ergibt, so kann es bei einem Betriebe, bei welchem
diese Größe nicht ohne weiteres konstant bleibt, Aufgabe sein, das ihren Wert bestimmende
Regelglied so zu steuern, daß nach Möglichkeit stets mit dem besten Wirkungsgrad
gearbeitet wird. Hierzu ist eine Regelung der gewöhnlichen Art nicht brauchbar,
weil sie .wegen der Zweideutigkeit der Beziehung ebensogut im günstigen als auch
im ungünstigen Sinne auf die Verhältnisse einwirken kann.
-
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung, bei welcher die Aufgabe
dadurch gelöst wird, daß das den Betriebsvorgang steuernde Glied mit einem in beständiger
Bewegung befindlichen Antrieb gekuppelt ist und daß ein in Abhängigkeit vom Betriebsvorgang
stehender Regler den Bewegungssinn dieses Antriebs von Zeit zu Zeit derart umkehrt,
daß das Steuerglied eine dauernde Pendelbewegung um die dem Umkehrpunkt des Betriebsvorganges
entsprechende Stellung ausführt.
-
Die Erfindung sei an einem Beispiel erläutert, das eine Einrichtung
zur mechanischen Regelung einer Kesselfeuerung betrifft. Bei einei Kesselfeuerung,
die mechanisch arbeiten soll, ist einerseits die Brennstoffzufuhr entsprechend der
Belastung. und andererseits die Zufuhr an Verbrennungsluft in Abhängigkeit von der
Brennstoffzufuhr zu regeln. Dabei ist das Verhältnis von Luftmenge zur Brennstoffmenge
so zu wählen, daß der Schornsteinverlust, d. h. die Wärmemenge, die mit den Abgasen
verlorengeht, möglichst gering wird. Ist der überschuß an Luft über die zur Verbrennung
theoretisch erforderliche Menge zu klein, so wächst bekanntlich der Schornsteinverlust,
weil mit den Abgasen eine zu große Menge an nicht oder nur unvollkommen
verbrannten
Brennstoffbestandteilen entweicht; ist umgekehrt der Luftüberschuß zu groß, so wird
zu ihrer Erhitzung ein zu großer Betrag der entwickelten Wärme verbraucht, der mit
den Abgasen verlorengeht. Zwischen Luftmenge und Schornsteinverlust besteht also
eine Beziehung der obergenannten Art; einer bestimmten Größe der Luftzufuhr, die
aber je nach der Brennstoffmenge, Brennstoffart usw. verschieden ist, entspricht
ein kleinster Wert der Schornsteinverluste. Die Einrichtung gemäß der Erfindung
gestattet nun eine selbsttätige Regelung der Luftzufuhr derart, daß die Schornsteinverluste
in der Nähe dieses günstigsten Wertes gehalten werden.
-
In Abb. i stellt beispielsweise die Kurve A die Abhängigkeit des Schornsteinverlustes
V von der Luftmenge L (bzw. Luftüberschußzahl) für eine bestimmte Belastung und
Brennstoffbeschaffenheit dar; L ist der Umkehrpunkt dieser Charakteristik, auf welche
die Feuerung eingeregelt werden soll. Feste Einstellung des Steuergliedes ist nun
offenbar in allen den Fällen möglich, in welchen die durch die Stellung des Steuergliedes
bestimmte Größe unabhängig von dieser Einstellung Schwankungen erleiden kann; es
muß dann die Einstellung des Steuergliedes dauernd selbsttätig diesen Schwankungen
folgen, wenn der Umkehrpunkt innegehalten werden soll. Auf das gleiche läuft es
hinaus, wenn zwar die einzustellende Größe bei unveränderter Stellung des Steuergliedes
konstant bleibt, dagegen die Charakteristik sich aus irgendwelchen Gründen verschiebt.
Letzterer Fall liegt bei einer Feuerungsregelung vor, da sich der Schornsteinverlust
V abhängig von Belastung und Brennstoffbeschaffenheit jeweils nach einer anderen
Charakteristik (A, B, C, Abb. i) verändert.
-
In Abb. z ist nun schematisch eine Einrichtung veranschaulicht, durch
welche bewirkt wird, daß das steuernde Glied durch den Regler veranlaßt wird, dauernd
eine Pendelbewegung um den in Betracht kommenden Umkehrpunkt auszuführen. Die Einrichtung
ist dabei so ausgebildet, däß nicht nur die Luftzufuhr entsprechend dem Schornsteinverlust,
sondern auch die Brennstoffzufuhr zusammen mit der Luftzufuhr in Abhängigkeit von
der Belastung gesteuert wird.
-
Es ist an sich bekannt, das Verhältnis von Luft- und Brennstoffzufuhr
bei Feuerungen in Abhängigkeit von einer Regelvorrichtung selbsttätig zu verändern.
Bei den bekannten Vorrichtungen wirkt der Regler auf die Brennstoffzufuhr, und außerdem
ist der von ihm überwachte Betriebsvorgang die bei verschiedener Luftzufuhr sich
ergebende Veränderung des Gasdrucks im Feuerraum, welchen er nach Möglichkeit konstant
halten soll. Dieser Druck ändert sich aber stets gleichsinnig mit der Luftzufuhr,
ist also kein Betriebsvorgang mit Umkehrpunkt, wie die Änderung des Schornsteinverlustes
in Abhängigkeit von der Luftzufuhr, die der nachstehendbeschriebenen Ausführungsform
zugrunde liegt.
-
Bei a ist eine Vorrichtung angedeutet, die in irgendeiner Weise den
Schornsteinverlust mißt; beispielsweise möge durch die Temperatur der die Meßvorrichtung
durchströmenden Gase der Widerstand einer elektrischen Spule beeinflußt und dadurch
der Ausschlag des Kernes a' in dem einen oder anderen Sinne herbeigeführt werden.
Die Einwirkung der Kesselbelastung erfolge durch den Dampfdruckregler b, welcher
die zur Regelung der Brennstoffzufuhr dienende Vorrichtung c und die Luftregelüngsvorrichtung
d beispielsweise durch das um ' den Gelenkpunkte schwingbare Gestänge f in gleichem
Sinne verstellt. Der Schornsteinverlustmesser a beeinflußt dagegen nur die Stellung
des Steuergliedes für die Luftzufuhr d, indem er das Gestänge f um den Gelenkpunkt
g dreht.
-
Der bewegliche Kern a' des Meßgeräts a
möge sich bei
steigendem Schornsteinverlust nach oben bewegen und umgekehrt. Im ersteren Falle
schließt er den Kontakt h eines von der Stromquelle-h ausgehenden elektrischen Kreises,
in welchem ein Umschalter t liegt, während bei umgekehrter Bewegung des Kernes a'
der Kontakt h geöffnet sowie geöffnet mitgenommen wird. Die richtige Arbeitsweise
des Schleppkontaktes h, der also nicht auf die absolute Größe oder einen bestimmten
Wert des Schornsteinverlustes anspricht, sondern auf den Umstand, daß. eine Änderung
im zunehmenden Sinne erfolgt, kann durch Einbau einer Ölbremse i gewährleistet werden.
Der Umschalter L dient zur Umkehrung der Drehrichtung eines im allgemeinen beständig
umlaufenden Motors m, der beispielsweise mittels eines Schneckengetriebes n und
einer Schraubspindel o die Ausschwingung der Stange f um den Punkt g bewirkt und
dadurch das Steuerglied für die Luftzufuhr d einstellt.
-
In der gezeichneten Lage der Teile möge ein Betriebszustand vorhanden
sein, der dem Punkt 3 der Kurve A (Abb. i) entspricht. Wie die Lage des Kontaktes
h zeigt, ist der Verlustmesser a im Steigen, d. h. der Zustand ist im Begriff, sich
in Richtung auf den Punkt q. zu verändern, entsprechend dem rechten Pfeil; der Motor
m hat also diejenige Umlaufrichtung, bei welcher die Luftzufuhr durch die Vorrichtung
d vergrößert wird. Da eine gewisse Trägheit des Schornsteinverlustmessers vorausgesetzt
werden kann, sei angenommen, daß die Aufwärtsbewegung des
Kernes
a' unter Schließen des Kontaktes gerade bei Erreichen des Punktes 3 eingetreten
ist. Der Umschalter L steuert nunmehr den Motor m um, so daß die Luftzufuhr verkleinert
wird. Entsprechend verringert sich jetzt der Schornsteinverlust, der Vorgang ändert
sich also in Wirklichkeit entsprechend dem links von 3 gezeichneten Pfeile. Der
Kern a' des Meßgeräts sinkt, und der Kontakt h bleibt geöffnet. Es tritt schließlich
der Augenblick ein, in welchem der Umkehrpunkt i überschritten wird. In diesem Augenblick
beginnt der Schornsteinverlust wieder zu wachsen. Sobald sich die Zunahme im Meßgerät
a fühlbar macht, beginnt der Kern a'
zu steigen; sofort wird der Kontakt
h geschlossen und der Motor wieder umgesteuert, so daß sich der Vorgang wieder dem
Punkt i nähert usw. Auf diese Weise entsteht ein selbsttätiges Pendeln um den Umkehrpunkt.
-
Wie oben erwähnt, bleibt aber die Charakteristik, nach welcher der
Vorgang verläuft, nicht dauernd die gleiche. Für den Fall einer solchen Veränderung
sind noch besondere Mittel vorgesehen, um zu erreichen, daß die Regelungseinrichtung
immer richtig wirkt. Es sei beispielsweise wieder der Zustand angenommen, der bei
Punkt 3 der Kurve A vorliegt. Der Kontakth habe gerade den Umschalter in Tätigkeit
gesetzt, so daß der Motor die Vorrichtung d gemäß dem linken Pfeil, also im Sinne
einer Verkleinerung der Luftzufuhr antreibt. Zufolge Veränderung des Brennstoffes
möge sich jetzt der Verbrennungsvorgang nicht mehr gemäß der Charakteristik
A, sondern gemäß der Charakteristik B
mit dem Umkehrpunkt 2 vollziehen.
Dem Punkt 3 der Kurve A entspricht der Punkt 5 der Kurve B, d. h. bei der jeweils
zugeführten Luftmenge hat nun der Schornsteinverlust den dem Punkt 5 entsprechenden
größeren Wert. Da aber der Motor, im Punkt 3 gerade auf Verkleinerung der Luftmenge
umgeschaltet hatte, bewegen sich die Verhältnisse anstatt in Richtung auf den Punkt
2 in umgekehrter Richtung gemäß dem links von 5 ersichtlichen Pfeil. Der Schornsteinverlustmesser
bleibt also im Steigen und Kontakt h bleibt geschlossen. Es würde nun eine dauernde
Verschlechterung des Zustandes die Folge sein. Zur Vermeidung einer solchen falschen
Steuerung ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Vorrichtung vorgesehen;-
die bewirkt, daß der Umschalter L selbsttätig und unabhängig von der Einwirkung
des Kontaktes h die Drehrichtung des Motors umkehrt, falls in einem bestimmten Zeitabschnitt
eine Umsteuerung seitens dieses Kontaktes nicht stattgefunden hat. Dieser Wechsel
der Drehrichtung würde beispielsweise im Punkt 6 stattfinden. Es wird dann die Luftzufuhr
L wieder vergrößert, somit der Schornsteinverlust V verkleinert und hierdurch der
Kontakt h ausgeschaltet. Der Motor läuft in der eingeschalteten Richtung weiter,
bis Punkt 2 überschritten wird. Infolgedessen tritt der Kontakt h wieder in Wirkung,
und es findet nunmehr die vorher beschriebene selbsttätige Regelung in bezug auf
den neuen Umkehrpunkt 2 statt. Der Zeitabschnitt, nach welchem z. B. durch ein Uhrwerk
die selbsttätige Umstellung des Schalters L erfolgen würde, ist natürlich der Trägheit
des Meßgeräts a anzupassen, d. h. hinreichend größer zu wählen als die Zeit, welche
das Meßgerät a und seine Schaltvorrichtung brauchen, um nach erfolgter Überschreitung
des Umkehrpunktes eine Umsteuerung des Motors . herbeizuführen.
-
Es kann erwünscht sein, den Motor m während der Zeiten auszuschalten,
in denen der Druckregler b in Tätigkeit tritt. Zu diesem Zweck wird gemäß einer
besonderen Ausführung der Erfindung der Regler b wie bei einer Isodromregulierung
so ausgebildet, daß er nach vollzogener Regelung wieder auf den ursprünglichen Druck
einspielt. Der Motor ist dann so geschaltet, daß er nur im Betrieb ist, wenn bin
diese Lage zurückgekehrt ist.
-
Die Einrichtung vereinfacht sich selbstverständlich in allen solchen
Fällen,. in welchen nur ein zu steuerndes Organ vorhanden ist, das auf den Umkehrpunkt
einzuregeln ist. Es würden dann der Druckregler b und das Steuerorgan c in Fortfall
kommen; Gelenkpunkt 'u würde fest angeordnet oder Steuerorgan d unmittelbar von
e aus angetrieben zu denken sein. Es kann ferner der die Steuerbewegung einleitende
Regler beliebiger Art sein, und die Umkehrsteuerung oder die Pendelbewegung des
Steuerorgans kann durch beliebige andere Mittel, z. B. ausschließlich durch mechanische
Mittel, durch Flüssigkeitsdruckübertragung o. dgl. bewirkt werden.
-
Die Vorrichtung zur Regelung eines Betriebsvorganges auf seinen-Umkehrpunkt
ist natürlich keineswegs auf das dargestellte und beschriebene Anwendungsbeispiel
beschränkt, sondern die Erfindung ist überall da anwendbar, wo der Wirkungsgrad
eines Betriebsvorganges bei einseitiger Vergrößerung einer Größe bis zu einer gewissen
Grenze steigt, bei weiterer Vergrößerung dieser Größe aber fällt, oder umgekehrt.