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Kessel- und Gefällespeicherregelung von Dampfkraftanlagen schwankenden
Dampfbedarfs Der Wert des bekannten Dampfspeichers liegt in seiner Eigenschaft,
Belastungsschwankungen der Dampfverbraucher auszugleichen, ohne daß gleichzeitig
eine Kesselregelung einzutreten braucht. Das Fassungsvermögen eines Speichers ist
dabei nach den größten auftretenden Belastungsspitzen zu bemessen. Es ist ersichtlich,
daß der Speicher um so. größer zu wählen ist,- je größere Spitzen er decken soll.
Liegen Belastungsdiagramme mit stark wechselndem Verlauf vor, so kann die Speichergröße,
wenn man die genannten Bedingungen erfüllen will, unter Umständen unerwünscht hohe
Werte annehmen. Man ist infolgedessen gezwungen, außer mit dem Ausgleich der Belastungsschwankungen
durch Dampfspeicherung auch mit einer Kesselregelung zu arbeiten. Die Regelimpulse
sowohl für den Kessel wie für den Speicher müssen von einer gemeinsamen Anregerstelle
aus abgenommen werden. Bei der Verwendung zweier getrennter Anreger für die beiden
Organe er-;;eben sich gewisse Schwierigkeiten, da eine gegenseitige Beeinflussung
der beiden Taktgeber nicht ausgeschlossen ist. Gemäß der Erfindung wird zuf Kessel-
und Speicherregelung ein einziger Taktgeber verwendet, nämlich der für die Kesselregelung
vorgesehene Taktgeber, und die Anordnung in der Weise ausgestaltet, daß die auf
die Kesselregelung wirkende Steilbewegung des Taktgebers zugleich auf die Speicherregelung
wirkt.
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Zweckmäßig wird die Anordnung in der Weise ausgestaltet, daß in die
Regelanordnung für den Kessel ein Verzögerungsglied eingeschaltet ist, das den Vorgang
der Kesselregelung gegenüber der Speicherregelung verlangsamt.
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Die sich hieraus ergebenden Verhältnisse seien an Hand der Abb. z
erläutert, die in ihrer stark ausgezogenen Linie den Durchschnittsverlauf eines
normalen Belastungsdiagramms zeigt, während die schwächer ausgezogene Linie den
tatsächlichen Belastungsverlauf angibt. Sie zeigt, daß gegenüber dem mittleren Verlauf
dauernd kurze, aber verhältnismäßig heftige Abweichungen auftreten, die der Speicher,
soweit es nicht bereits durch den Kessel selbst geschieht, zu decken hat. Die Steuerung
muß also so ausgebildet werden, daß der Speicher den Lastschwankungen nachfolgen
kann. Wollte man nun auch die Kesselregelung in gleicher Weise leiten wie die Speicherregelung,
so würde sie dauernd arbeiten und infolgedessen eine unruhige Feuerführung einstellen,
die unter Umständen auch deshalb unerwünscht ist, da die Feuerführung infolge der
Trägheit des Kessels über die gewollte Belastung hinausschießen oder hinter ihr
zurückbleiben würde.
Dieses unerwünschte Arbeiten der Kesselrege-Jung
wird durch das Verzögerungsglied gemäß der Erfindung ausgeschaltet. Die strichpunktierte
Linie des Diagramms nach Abb. i zeigt den Regelungsverlauf der Kesselsteuerung.
Man erkennt, daß sich die Kesselregelungskurve viel enger an die durchschnittliche
Belastungskurve anschmiegt als die effektive Belastungskurve. Dabei stellt der Winkel
zwischen der effektiven Belastungskurve und der Kurve der Kesselregelung gewissermaßen
die zeitliche Verschiebung dar, die gegenüber der Speicherregelung auftritt; denn
die effektive Lastkurve ist ja im wesentlichen identisch mit der Kurve der Speicherregelung.
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Es sei vorausgesetzt, daß der Kessel zwischen den Lastgrenzen A--4
und B-B zu regeln sei. Die Verhältnisse unterhalb der Grenze A und oberhalb der
GrenzeB werden später erläutert werden. Abb.2 zeigt das allgemeine Bild der Regelungsanordnung,
Abb.3 das Steuerorgan im Schnitt. Die folgenden Ausführungen beziehen sich aui'Abb.2undAbb.3
gemeinsam.
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Es handelt sich bei der Regelung .darum, die Leistung des Kessels
z und die Tätigkeit des Speichers 2 entsprechend der Belastung der Maschine 3 einzuregeln,
die mit Hilfe eines Leistungsreglers 4 geregelt wird. Kessel i und Maschine 3 sind
durch eine Leitung 5 verbunden, an die der Speicher 2 über eine Leitung 6 angeschlossen
ist. Die Entladeleitung 7 des Speichers führt zu einer Stufe entsprechenden Druckes
der Maschine 3. Zur Feststellung der in der Leitung 5 strömenden Menge dient ein
Mengenmesser 8, der in der einfachsten Form der Stauscheibe gezeichnet ist. Die
Drücke vor und hinter der Stauscheibe 8 werden durch Leitungen 9 und io beiderseits
zu einer Membran ii an einen Anreger 12 geführt. Letzterer ist der Hauptanreger,
von dem aus Kessel und Speicher geregelt werden. Er ist ein kombinierter Druck-
und Mengenmesser, wobei die Mengenanregung durch die Membran i i, die Druckanregung
durch den Kolben 13 abgenommen wird.
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14 ist das Ladeventil des Speichers, 15 sein Entladeventil. 16 und
17 sind die zugehörigen Hilfssteuerungen, 18 und ig die Verstellkolben. Zur Steuerung
dienen Unteranreger 2o und 21.
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Es sei ,angenommen, daß der Regler 4 der Maschine 3 infolge erhöhter
Belastung weiter öffne, so daß die Maschine 3 das Bestreben hat, eine vergrößerte
Dampfmenge aus der Leitung 5 zu entnehmen. Die Folge hiervon ist, daß der Druck
hinter der Stauscheibe 8 abnimmt, d. h. die Druckbelastung der Membran i i des Taktgebers
12 zunimmt. Sie wird also nach oben durchgebogen und verstellt mit Hilfe der Stange
22 und des Zwischenhebels 23, der bei 24 gelagert ist, den Steuerstift 25 einer
Hilfsölsteuerung, der das Druckmittel bei 26 zufließt, während es bei 27 und 28
abfließen kann. Infolge des vergrößerten Druckes auf der Unterseite der Membran
i i wird der Steuerstift 25 angehoben und dadurch der Druckflüssigkeit ein Weg durch
die Öffnung 29 zur Leitung 3o und damit in den Raum 31 über dem Kolben 3a freigegeben.
Der Kolben 32 bewegt sich abwärts und verstellt gleichzeitig das Kolbenpaar 33 und
34, das mit öffnungen35 und 36 zusammenarbeitet. Die Öffnung 35 bleibt geschlossen,
während die Öffnung 36 freigegeben wird, wodurch dem durch die Pumpe 37 geförderten
Druckmittel, das durch eine Öffnung 38 in den Raum 39 eintreten kann, ein Weg nach
der Leitung 40 freigegeben wird. In die Leitung 40 ist ein Mengenmesser 41 eingeschaltet.
Die Anordnung ist naturgemäß auch brauchbar, wenn man als Auslöseimpulsekeine Mengen,
sondern einen Druckimpuls verwendet.
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Eine Vergrößerung oder Einführung einer Druckmittelmenge in die Leitung
4o ruft einen Differenzdruck an der Stauscheibe 41 hervor, der auf die Membran 42
des Unteranregers im Sinne einer Abwärtsbewegung einwirkt. Hierdurch. wird der Steuerkolben
der Hilfssteuerung 17 abwärts bewegt, d. h. dem Druckmittel ein Weg durch die Leitung
43 unter dem Verstellkolben i9 freigegeben, wodurch eine Öffnungsbewegung des Entladeventils
15 hervorgerufen wird, d.h. die Dampfzufuhr zur Maschine 3 wird vergrößert, und
es wird der Bedingung genügt, daß bei vergrößertem Bedarf der Kraftmaschine 3, der
für die Betrachtungen vorausgesetzt war, eine Speicherentladung eintritt.
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Durch die Bewegung des Steuerstiftes 25 ist aber nicht nur die Öffnung
z9 gesteuert worden, sondern gleichzeitig eine Öffnung 44 durch den Unterteil 47
des Steuerstiftes 25. Hierdurch kann das Druckmittel auch in den Raum 45 oberhalb
des Verstellkolbens 46 eintreten, der zur Regelungsanordnung der Kesselfeuerung
gehört. Mit dem Kolben 46 ist ein Steuerkolben 48 einer Durchflußregelung verbunden.
Diese wirkt in der Weise, daß dem durch die Pumpe 37 geförderten Druckmittel bei
49, je nach der Stellung des Kolbens 48, eine veränderte Durchströmöffnung freigegeben
wird. Die sich hieraus ergebenden Mengenänderungen äußern sich in einer Leitung
5o an der Stauscheibe 51, an der die Anregungen abgenommen werden können. Die Regelung
arbeitet dabei in der Weise, daß der in der Leitung 5o strömende Ölstrom je nach
der Anzahl der Kessel in Teilströme 52, 53ä 54 unterteilt wird, die sich wiederum
in
Parallelstränge 55, 56, 5.7. 58, 59, 6o teilen. In-den Teilströmen sind Stauscheiben
6i, 62, 63, 64, 65, 66 angeordnet, von denen Mengenanregungen abgenommen werden,
wie es bei der Stauscheibe 8 und dem Anreger 12 beschrieben ist. Diese Mengenimpulse
wirken auf die Regelungen für Brennstoff und Luft ein.
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In der bisher beschriebenen Art würde die Kesselregelung in der gleichen
Weise arbeiten wie die Speicherregelung. Dies soll aber gemäß der Erfindung vermieden
und zu diesem Zwecke ein Verzögerungsglied in die Kesselregelung eingeschaltet werden.
Dieses Verzögerungsglied besteht aus einem Bremskolben 67, der sich in einem Zylinder
68 bewegt. Für den Durchgang des durch die Bewegung des Kolbens 67 verdrängten Druckmittels
steht bei 69 nur eine schmale Drosselöffnung zur Verfügung, durch die sich das Druckmittel
langsam hindurchpressen muß. Je nach der Einstellung der Drosselschraube -,o kann
man dem Kolben 67 eine kleinere oder größere Verzögerung geben.
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Die bisher beschriebenen Regelvorgänge dürfen nun nicht dauernd weiterlaufen,
sondern müssen künstlich beendet werden. Hierzu dienen die bekannten Rückführungseinrichtungen,
und zwar wird die Speicherregelung mit einer starren Rückführung versehen, während
die Kesselregelung durch einen Anreger vom Hilfssteuermittel aus zurückgeführt wird.
Mit der Kolbenstange 7 i des Kolbens 32 ist ein Hebel 7 2 verbunden, der an der
Hülse 73 angreift. Beim Abwärtsgang des Kolbens 32 wird die Hülse 7 3 aufwärts bewegt,
d. h. im gleichen Sinne, in dem vorher der Steuerstift 25 bewegt worden war. Die
Hülse wird also in einer gewissen Stellung mit dem Steuerstift in Deckung sein,
so daß die Bewegung des Kolbens 32 aufhört.
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Zur Rückführung des Anregers 12 in seine Nullage dient ein Rückführer
74, der mit dem Anreger 12 gekuppelt ist. Der Rückführer 74 enthält eine Membran
75, die durch Leitungen 76 und 77 mit der bereits vorher genannten Stauscheibe 5
i unter dem Differenzdruck steht, der sich an der Stauscheibe 5 i einstellt. Hat
der Differenzdruck einen Wert erreicht, der dem Differenzdruck an der Stauscheibe
8 proportional ist, so wird auf die Membran 75 eine solche Kraft ausgeübt, daß die
Membran i i wieder in ihre Nullage gedrückt wird, wodurch der Regelvorgang zum Abschluß
kommt.
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Liegt der umgekehrte Betriebsfall vor, daß nämlich der Regler 4 drosselt,
so wird die Steueröffnung 35 durch den Kolben 33 freigegeben. Das Druckmittel tritt
in die Leitung 7 8 ein, ruft an der Stauscheibe 79 eine Druckdifferenz hervor, und
diese Druckdifferenz wird auf die Membran 8o des Unteranregers 2o übertragen, wodurch
die Hilfssteuerung 16
und damit der Verstellkolben 18 betätigt werden.
Der Verstellkolben 18 wird angehoben. und öffnet das Ladeventil 14, so daß
Dampf aus der Leitung 5 in den Speicher 2 übertreten kann. Beim gleichen Regelvorgang
wird auch der Steuerkolben 48 aufwärts bewegt, die Öffnung 49 weiter geschlossen
und infolgedessen die in der Leitung So strömende Druckinittelmenge verringert,
wodurch auch die Impulse an den Stauscheiben 61 bis 66 verkleinert werden und ,auf
eine Minderung der Kesselleistung hinwirken.
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Die bisherigen Betrachtungen erstreckten sich nur auf das Gebiet zwischen
den Grenzen A-A, B-B. Es liegt nun aber auch die Aufgabe vor, die beiden Belastungsspitzen
C und D zu decken. Der Kessel soll so eingeregelt werden, daß er annähernd seinehöchste
Leistung beim Erreichen der oberen Grenze B hergibt, während die Aufgabe des Speichers
in erster Linie darin besteht, die Spitzen C und D zu decken. Die Regelungsanordnung
muß also so ausgestaltet werden, daß vom Punkt E an bis zum Punkt F die Kesselregelung
im wesentlichen wirkungslos ist, und daß während des Belastungsverlaufes E,
C, Cr, D, F
nur der Speicher arbeitet. Das wird durch folgende Anordnung
erreicht: Mit der Steuerhülse 8 i der Kolbenpaare 33 und '34 ist ein Steuerkolben
82 gekuppelt, der über Hebel 83, 84,85 am Verstellhebel 86 eines Untertaktgebers
87 angelenkt ist. Dieser enthält eine Membran 88, die in bekannter Weise ebenfalls
mit der Stauscheibe 5 i in Verbindung steht. Dieser Taktgeber 87 enthält Belastungsfedern
89 und 9o, die so bemessen sind, daß sie nur bei bestimmten Grenzwerten in Tätigkeit
treten. Es sei angenommen, die Kesselregelung sei im Verlaufe von der Grenze A nach
der Grenze B im Punkte E angekommen, d. h. an der Stauscheibe 5 i herrsche
die größte Druckdifferenz. Diese ist bemüht, die Membran 88 aufwärts zu bewegen.
Eine frühere Bewegung kann infolge der Größe der Feder 89 nicht eintreten. Ist aber
dieser Wert erreicht, so wird infolge der Membr anbewegung durch die Bewegung des
Hebels 86 der Hebel 83 abwärts bewegt, und es tritt, da der Verstellkolben 82 zunächst
noch als fest angesehen werden kann, gleichzeitig eine Abwärtsbewegung des Steuerstiftes
9 i ein. Man erkennt aus der Skizze, daß die Steuerkolben 92 und 93 eine gewisse
Überdeckung gegenüber den Steueröffnungen 94 und 95 besitzen. Diese Überdeckungen
dienen dazu, ein Ansprechen der Steuerung vor Erreichen der Grenzwerte zu verhindern.
Wird jedoch bei dem gegebenen Grenzwert der Steuerstift 9i abwärts bewegt, so gibt
der Steuerkolben 92
die öffnung 95 frei, das Druckmittel tritt unter
den Kolben 82, und dieser verschiebt die Hülse 8 i gegen den Druck der Feder 96.
Bei der Verschiebung der Hülse nach aufwärts wird die Steueröffnung 36 freigegeben,
wodurch, wie vorher beschrieben, das Entladeventil 15 des -Speichers 2 öffnet und
dadurch die Dampfzufuhr zur Maschine 3 zur Deckung der BelastungsspitzenD-C freigibt.
Man erkennt aus dieser Anordnung, daß eine Beeinflussung der Feuerführung nicht
weiter eintreten. kann, da in diesem Falle der Impuls nicht vom Hauptanreger 12,
sondern vom Unteranreger 87 ausgeht, der zwar auf die Speicherregelung, aber nicht
auf die Feuerregelung einwirken kann.
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Der eben beschriebene Verstellvorgang wird nach Aufhören des Anregers
dadurch beendet, daß die Feder 96 die Hülse 8 i in ihre D ecklage zurückführt.
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Die Grenzregelung für den Kessel greift ferner ein, wenn die Belastungslinie
des Diagramms im abnehmenden Sinne verläuft, z. B. vom Punkt H an abwärts. In diesem
Falle tritt ein Punkt ein, in dem durch Drosselung der Öffnung 49 der Ölstrom in.
der Leitung 5o so weit verringert @worden, ist, daß die Feder go den Differenzdruck
beiderseits der Membran 88 überwinden kann. In diesem Fall wird der Steuerstift
gi und damit der Verstellkolben 82 in der entgegengesetzten Richtung verstellt,
d..h. es wird in der Leitung 78 ein Impuls ausgelöst, und dieser bewirkt eine Öffnung
des Ladeventils 14, so daß bei gleichbleibender Feuerführung der überschußdampf
in den Speicher abgeleitet wird.
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Außer den bereits beschriebenen Betriebsfällen sind noch weitere Verhältnisse
in Rücksicht zu ziehen. Es ist eben beschrieben worden, daß während der Spitzen
die Feuerregelung außer Tätigkeit sein soll, und daß die Steigerung des Dampfbedarfs
nur durch Erhöhung der Dampfentnahme aus dem Speicher ausgeglichen werden soll.
Dabei kann der Fall eintreten, daß der Speicher leer gefahren ist, so daß er nicht
mehr in der Lage ist, den erhöhten Bedarf zu decken. Es muß daher dafür Sorge getragen
werden, daß die Kesselregelung eingreift, wenn dieser Betriebszustand erreicht ist.
Zu diesem Zwecke ist als Grenzregler .ein -weiterer Unteranreger 97 vorgesehen,
der durch eine Leitung 98 mit dem Speicher 2 in Verbindung steht. Sinkt der Druck
im Speicher 2' unter einen gewünschten Grenzwert, so wird die Membran 99 abwärts
bewegt. Der Verstellkolben 82 und die mit ihm verbundene Steuerhülse 81 waren vorher
auf eine vergrößerte Entnahmemenge aus dem Speicher eingestellt -worden. Bei der
Abwärtsbewegung der Membran 99 wird jedoch eine gegenläufige Bewegung dieser Steueranordnung
hervorgerufen, d. h. die Dampfentnahme wird eingeschränkt, der hier. durch auftretende
Druckabfall in der Leitung 5 äußert sich an der Stauscheibe 8, und diese wirkt über
den Hauptanreger 12 auf eine vergrößerte Kesselleistung hin. Es wird also in diesem
Falle der Speicher von der Dampfentnahme entlastet und dafür der Kessel zu einer
vergrößerten Dampflieferung herangezogen.
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Für den Fall, daß der Speicher seine obere Ladegrenze erreicht hat,
d. h., daß der Druck in ihm seinen höchsten Werterreicht hat, verläuft der Vorgang
gerade in der umgekehrten Richtung, d. h. die Kesselleistung wird eingeschränkt
und dafür die Dampfentnahme -aus dem Speicher vergrößert.
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Das Zusammenarbeiten eines Speichers mit einer Kesselanlage ist an
sich nicht neu. So ist z. B. vorgeschlagen worden, zum Ausgleich von Spitzen einer
Kesselanlage einen Speisewasserspeicher und eine Zusatzfeuerung zu verwenden und
zur Inbetriebnahme dieser beiden Vorrichtungen einen Schalter vorzusehen. Es wird
entweder der Speicher oder die Zusatzfeuerung in Betrieb genommen. Jedoch handelt
es sich bei dieser Anordnung nicht um einen Gefällespeicher, sondern um einen Speisewasserspeicher,
und außerdem liegt keine Regelung, d. h. ein geregelter Ausgleich innerhalb eines
gewissen Bereiches, sondern nur eine Zu- oder Abschaltung der Ausgleichsmittel,
vor.