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Auf den Dampfdruck ansprechender Verbrennungsregler Die Erfindung
betrifft Regler für Dampfkesselfeuerungen, die die Verbrennung in unmittelbarer
Beziehung zum Dampfverbrauch regeln, und zwar solche Regler, bei denen ein bewegliches,
druckempfindliches Glied, z. B. eine Membran, dem Kesseldruck ausgesetzt ist und
eine Steuervorrichtung verstellt, die wiederum den Durchgang des Druckmittels, z.
B. Wasser, zum einen oder anderen Ende eines hydraulischen Motors steuert. Dieser
steuert die verschiedenen Vorrichtungen zur Zuführung des Brennstoffes zu den Feuerungen,
Regelglieder für die Zugregelung oder andere die Verbrennung beeinflussende Regelglieder.
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Bei derartigen Verbrennungsreglern ist die Anwendung von Kompensationseinrichtungen
bekannt. Bei einem bekannten Regler sind beispielsweise zwei Hebel vorgesehen, deren
längerer mit dem einen Ende an einer Stütze und mit dem anderen Ende an einer Regelstange
gelenkig gelagert ist, während der kürzere Hebel an einem seiner Enden den längeren
Hebel zwischen diesen Enden gelenkig gelagert hält. Der kürzere Hebel ist zwischen
seinen Enden mit einem durch die Druckflüssigkeit betätigten Kolben und an seinem
anderen Ende mit dem Ventil verbunden, das den Zutritt der Druckflüssigkeit zum
Arbeitskolben steuert, der die Regelstange bewegt. Wenn der Dampfdruck wechselt,
verändert sich der Druck der Druckflüssigkeit im umgekehrten Sinne und bewegt den
kürzeren Hebel, der eine Bewegung der Ventile und eine nachfolgende Bewegung der
Regelstange veranlaßt, deren Bewegung mittels des längeren Hebels den kürzeren Hebel
um seinen mittleren Zapfen dreht, um die Ventile in ihre normale, geschlossene Lage
zurückzubringen. Der Nachteil dieser Hebelanordnung ist, daß eine genaue, gleichmäßige
Steuerung der Ventile unmöglich ist, weil die Gelenkverbindungen locker gemacht
werden müssen, um eine Bogenbewegung der Hebel zu gestatten.
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Der Verbrennungsregler gemäß der Erfindung ist daher mit einer Kompensationseinrichtung
versehen, die eine Differentialeinrichtung mit Zahnstange und Ritzel aufweist. Diese
ergibt eine absolut zwangsmäßige Kompensationswirkung, die dabei für einen bestimmten
Betrag des Kolbenweges stets dieselbe ist, unabhängig von der Be«#egungsrichtung
des Kolbens. Die neue Kompensationseinrichtung erlaubt keinerlei Totgang beim Übertragen
der Bewegung des Arbeitskolbens auf die Kompensationseinrichtung, so daß der Regler
äußerst genau und zuverlässig über den ganzen Regelbereich hin arbeitet.
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In an sich bekannter Weise sind ferner Handventile zur Einstellung
des Reglers auf verschiedene Betriebsbedingungen vorgesehen, die seine Anbringung
bei Kesselanlagen verschiedener
Arten und Größen oder unter stark
veränderlichen Bedingungen ermöglichen. Bei dem Erfindungsgegenstand sind zu dem
Zweck Handventile zur Steuerung der Strömung des Treibmittels zu und von den gegenüberliegenden
Seiten des Kraftkolbens des hydraulischen Motors vorgesehen, so daß die Geschwindigkeit
oder das Bewegungsverhältnis des Kolbens in einer oder beiden Richtungen entsprechend
den Betriebsanforderungen regelbar ist.
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Ferner ist der Regler mit einer Handsteuervorrichtung zwecks Unterbrechung
der mechanischen Reglerwirkung und Umschaltung auf ausschließliche Handsteuerung
ausgerüstet. Dabei steuert diese Handsteuerung vollständig die Ventileinrichtung,
welche die Strömung des Treibmittels zum und vom hydraulischen Motor beherrscht.
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Dabei ist eine neue und einfache Ventileinrichtung zur Anwendung gekommen,
mittels welcher die druckempfindliche Einrichtung den hydraulischen Motor zuverlässig
regelt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.
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Abb. i ist ein senkrechter Schnitt durch den Regler, Abb. 2 ein Schaubild
des Reglers.
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Abb. 3 zeigt eine Kesselanlage mit dem Regler, Abb. 4 ein Teilschnitt
nach Linie 4-4 der Abb. 1, Abb.5 ein Schnitt durch ein Ventil nach Linie 5-5 der
Abb. 1, Abb. 6 ein Schnitt durch das Zahnstangenausgleichsgetriebe nach Linie 6-6
der Abb. 1. Bei der Kesselbatterie 7 (Abb. 3) sind für die Feuerungen Unterschubzuführungen
8 vorgesehen, die von einem Motor 9 durch eine gemeinsame Welle getrieben werden.
In den Zügen der einzelnen Kessel sitzen die Zugklappen 1o, die von einer gemeinsamen
Welle 11 bewegt werden. Diese wird durch einen Hebel 12 von der Kolbenstange 13
des hydraulischen Motors 14 bewegt. Das untere Ende der Stange 13 ist außerdem mit
einem Ventil 16 zum Regeln der Dampfströmung zum Motor 9 und damit der Geschwindigkeit
des Motors verbunden. Jede der Lufteinlaßklappen 17 in den Kanälen für den Unterwind
wird durch einen Verbrennungsregler 18 gesteuert, so daß die Zufuhr der von dem
Gebläse 1g geförderten Luft. zu den einzelnen Feuerungen durch die Klappen unabhängig
voneinander in Abhängigkeit von dem Druck in der betreffenden Feuerung gesteuert
wird, während die Brennstoffzuführung und die Rauchgasklappen io durch den Hauptregler
in Abhängigkeit von dem Dampfdruck in der Kammer 2o gesteuert werden.
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Die Hauptdampfkammer 2o (Abb. 1 und 2) ist durch ein Rohr 23 mit der
Druckkammer 24 des Hauptreglers verbunden, die durch eine Membran 26 im Oberteil
eines Gehäuses 25 abgeschlossen ist, das an einer Platte ig' sitzt. Der auf die
Membran 26 wirkende veränderliche Dampfdruck wird durch eine Druckfeder 27 und Kompensationsfeder
28 im Gehäuse 25 ausgeglichen. Das untere Ende der Feder 27 sitzt auf einer Scheibe
29, die von einer einstellbaren Hülse 30 getragen wird, die in den Boden
des Gehäuses 25 geschraubt ist und von Hand einstellbar ist, um den Druck der Feder
27 zwecks Anpassung an verschiedene Betriebsdampfdrücke zu verändern. Ein Schaft
31 innerhalb der Feder 27 trägt oben eine Platte 32, an die die Membran 26 anliegt,
und ragt abwärts in eine in der Hülse 30 verschiebbare Hülse 82.
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Das untere Ende des Schaftes 31 (Abb. i) berührt den aufwärtsragenden
Schaft 33 eines Hohlventils 34, das in einem Ventilgehäuse 35 sich befindet. Dieses
sitzt an einem größeren Ventilgehäuse 36, welches seinerseits an der Platte 1g'
befestigt ist. Auf das Ventil 34 wirkt eine Feder 38 ein, die in dem Ventilgehäuse
35 angebracht ist und sich gegen den das Gehäuse 35 unten abschließenden Pflock
39 legt.
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Das Ventilgehäuse 35 steht durch einen Kanal 4o mit einem Einlaßkanal
41 in Verbindung, der im Gehäuse 36 vorgesehen ist und durch ein Rohr 42 mit Wasser,
Öl o. dgl. unter konstantem Druck gespeist wird. Das Wasser fließt durch die Ventilkammer
35, durch die Kanäle 43 im Ventil 34, am Ventilsitz 45 vorbei, durch eine Leitung
46 und durch einen Kanal 47 in das Ventilgehäuse 36. Gewöhnlich steht ein Kolben
go in der Hochlage nach Abb. 5 und nicht in der Tieflage nach Abb. 1, so daß der
Kanal 47 ganz geöffnet ist. Im oberen Ende des Ventilgehäuses 36 sitzt ein Hohlkolben
48 am oberen Ende des Schaftes eines Doppelkolbenventils 5o, das in einer Bohrung
51 im Gehäuse 36 untergebracht ist. Der abwärts ragende Schaft des Ventils
5o stützt sich auf einen Kolben 52, der durch eine Feder 53 gestützt wird, die in
einer Hülse 54 sitzt, die in das untere Ende des Gehäuses 36 geschraubt ist. Das
durch den Kanal 47 eintretende Treibmittel fließt durch eine kleine Öffnung 55 im
Kolben 48 in das Ventilgehäuse 36, aus dem es durch ein Ablaufrohr 56 abfließt.
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Das Ventilgehäuse 36 hat zwei Kammern57, 57', die im waagerechten
Querschnitt halbkreisförmig sind (Abb. 4). Die Kammer 57 ist durch ein Rohr 6o (Abb.
i und 5) mit dem unteren Ende des Kraftzylinders 61 des hydraulischen Motors verbunden,
und die Kammer 57' ist mit dem oberen Ende dieses Kraftzylinders durch ein Rohr
62 verbunden.
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Sind die Kräfte, die auf die Membran 26 durch den Dampfdruck von oben
und durch die Federn 27, 28 von unten ausgeübt werden, im Gleichgewicht, so strömt
am Ventilsitz 45 eine solche Menge Wasser vorbei, daß der Durchtrittskanal 55 im
Kolben 48 es in das Ventilgehäuse 36 in genügendem Maße ablaufen läßt und durch
das
Wasser auf den Kolben 48 ein solcher Druck ausgeübt wird, daß
der Gegendruck der Feder 53 z. T. ausgeglichen wird. Dabei wird das Ventil 5o in
einer solchen Lage gehalten, daß es den Zutrittskanal 63 und den Ablaufkanal 64,
die mit der Kammer 57 verbunden sind, und den Zutrittskanal 6j' und den Auslaßkanal
64', die mit der Kammer 57' verbunden sind, schließt, so daß kein Wasser aus dem
Zylinder 61 an einer Seite des Kraftkolbens 65 abfließt und dieser so lange in der
eingestellten Lage gehalten wird, als der Dampfdruck sich nicht ändert. Steigt der
Dampfdruck, so wird das Ventil 34 weiter geöffnet, um eine größere Wassermenge in
das obere Ende des Ventilgehäuses 36 strömen zu lassen. Da der Abzugskanal 55 nur
klein ist, so wird der auf den Kolben 48 ausgeübte Druck verstärkt, so daß das Ventil
5o entgegen dem Druck der Feder 53 nach abwärts bewegt wird. Dadurch wird der Abzugskanal
6.1 freigelegt, so daß etwas von dem Wasser unterhalb des Kraftkolbens in das Gehäuse
36 abläuft und durch das Ablaufrohr 56 austritt. Ferner wird dadurch der Einlaßkanal63'
freigelegt, so daß Wasser von der Leitung 41 durch einen Kanal 66 in die Bohrung
51 und von da durch den Zutrittskanal 63',
Kammer 57' und das Rohr 62 zum
oberen Ende des hvdraulischen Motors strömt und der Kraftkolben gesenkt wird. Dadurch
werden die Rauchgasklappen io etwas geschlossen, und die Geschwindigkeit der Beschickungsvorrichtung
wird verkleinert. Sinkt dagegen der Dampfdruck in den Kesseln, so heben die Federn
27, 28 die Membran 26 und den Schaft 31, und das Ventil 34 wird weiter geschlossen,
so daß der von dem Messer auf den Kolben 48 ausgeübte Druck nachläßt und die Feder
53 den Steuerkolben 50 hebt. Ist der Druck im Kessel stark verringert worden, so
hebt die Feder 53 den Steuerkolben an seiner Schließlage vorbei, so daß er den Abzugskanal
64' und den Zutrittskanal 63 freilegt (Abb. 5). Dann wird der Kraftkolben gehoben,
um die Kesselklappen weiter zu öffnen und die Geschwindigkeit des Unterschubwerkes
zu beschleunigen. Die Kompensationseinrichtung, die bei den Steuerbewegungen in
Tätigkeit tritt, weist erfindungsgemäß eine Differentialeinrichtung mit Zahnstange
und Ritzel auf, die die richtige Einstellung und Bewegung des Kraftkolbens jederzeit
gewährleistet. Eine feststehende Zahnstange 7o (Abb. i, 2, 6) ist am Rahmen i9'
befestigt. Neben ihr wird eine senkrecht verschiebbare Zahnstange 72 am oberen und
unteren Ende in Stützen 71 an den Enden der Zahnstange 70 gehalten. Beide
Zahnstangen haben Zähne von gleicher Form und Größe. Eine Konsole 73 an der Kolbenstange
13 des Arbeitskolbens 65 umgreift mit rückragenden Armen 76 die Zahnstangen
70 und 72, um eine Drehung der Stange 13 und der Stütze 73 zu verhindern.
Auf einem Zapfen 75 sind in den Amen 76 zwei Ritzel 77, 78 gelagert, die mit denZahnstangen
7o,72kämmen. Das Rad77 hat mehr Zähne als das Rad 78, und zwar vorzugsweise zwei
mehr. Das untere Ende der beweglichen Zahnstange 72 ist durch einen Lenker 69 mit
einem Ende eines Hebels 79 verbunden, der bei 8o an eine feste Stütze angelenkt
ist und mit seinem gegabelten anderen Ende unter einem Bund 81 am unteren Ende der
in der einstellbaren Hülse 30 gleitbar angebrachten Hülse B. greift, die
oben eine Scheibe 8 ; trägt, gegen die das untere Ende der Ausgleichsfeder 28 sich
stützt. Wenn die Kolbenstange i,- gesenkt wird, so drehen sich die Ritzel entgegen
dem Uhrzeigersinne unter Bewegung der Zahnstange 72 nach oben mit Bezug auf die
Konsole 73. Die Konsole aber senkt sich auch mit der Kolbenstange 13 mit einer größeren
Geschwindigkeit als der, mit der die bewegliche Zahnstange angehoben wird, so daß
die Bewegung der beweglichen Zahnstange mit Bezug auf die ortsfesten Teile der Vorrichtung
abwärts gerichtet ist, dabei aber langsamer als die Senkung der Kolbenstange 13
und Stütze 73 erfolgt. Die verschieden großen Durchmesser der beiden Ritzel oder
Zahnräder bestimmen das Verhältnis dieser Differentialwirkung. Es bewegt sich also
bei der Bewegung der Kraftkolbenstange 13 die bewegliche Zahnstange in gleichem
Verhältnis und gleicher Richtung wie die Stange 13,
aber in weit geringerem
Maße, und zwar vorzugsweise im Verhältnis i : 12.
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Bewegt sich beispielsweise die Kolbenstange 13 infolge des Steigens
des Dampfdruckes abwärts, so bewegt .sich auch die Zahnstange 72 abwärts und steigert
mittels des Hebels 79 und der Hülse 82 den Druck der Ausgleichsfeder 28 so weit,
daß der auf die Membran einwirkende erhöhte Dampfdruck aufgewogen wird, so daß das
Steuerventil 34 gehoben wird und das Kolbenventil 50 wieder in die Lage gebracht
wird, bei der es die Kanäle 63, 64, 63', 64' schließt, so daß der Kraftkolben 65
in seiner neuen Lage gehalten wird, die zwischen seinen Grenzlagen liegt. Sinkt
der Dampfdruck, so tritt das Umgekehrte ein, und der Druck der Feder 28 wird geschwächt,
bis die auf die Membran einwirkenden Drücke wieder im Gleichgewicht sind. Alsdann
bewegt sich der Steuerkolben 5o wieder in seine Normallage, und der Kraftkolben
65 wird in seiner neu eingestellten Lage gehalten. Der Kraftkolben nimmt in unmittelbarer
Beziehung zu jedem Dampfdruck eine bestimmte Lage ein, und die Kompensationswirkung
bleibt stets für ein bestimmtes Maß des Kraftkolbenhubes gleich, ohne Rücksicht
auf die Hubrichtung oder die Ausgangslage des Arbeitskolbens. Auch ist kein Totgang
in der Übertragung zwischen Kraftkolben und Feder 28. Eine senkrechte Stange 85
dient als Führungswiderlager für die
Stütze 73, die den Schub der
Zahnräder 70 und 72 aufnimmt und sie in dauerndem Eingriff mit ihren Zahnstangen
hält.
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Um den Regler für Kesselanlagen mit stark verschiedenen Betriebsbedingungen
verwendbar zu machen, sind einstellbare Kadelventile 86, 86' für die Zutrittskanäle
63, 63' vorgesehen, die die «'asserströmung zum Kraftkolben regeln. Die Nadeln
86, 86' können die Einlaßkanäle 63, 63' stark drosseln und so eine allmähliche Bewegung
des Kraftkolbens 65 in beiden Richtungen bei Dampfdruckänderungen veranlassen. Es
besteht dann ein beträchtlicher Zeitunterschied zwischen der Dampfdruckänderung
und der Bewegung des Kraftkolbens 65 in die dem neuen Druck entsprechende Lage.
Wird ein unmittelbares Ansprechen des Reglers auf Dampfdruckänderungen in einer
oder beiden Richtungen des Kraftkolbens gewünscht, so werden die Einlaßkanäle 63,
63' ganz geöffnet. Die Ablaufkanäle 64, 64' sind außer Flucht mit den entsprechenden
Zutrittskanälen 63, 63', so daß, wenn die Kanäle 64 oder 64' geöffnet sind, die
entsprechenden Zutrittskanäle 63 oder 63' geschlossen sind und umgekehrt.
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Auch sind Hilfsmittel vorgesehen, mittels deren man die selbsttätige
Reglerwirkung unterbrechen und eine vollständige Handsteuerung der Unterschieber,
Lüfter und sonstigen dem Regler unterstellten Einrichtungen aufnehmen und so die
Dampferzeugung für die ganze Anlage augenblicklich und beliebig von einem Punkte
aus steuern kann. Zu dem Zweck ist ein Kolben go (Abb. i und 5) mit einer Zylinderzahnstange
gi vorgesehen, die mit einem Rade 92 einer Welle 93 kämmt, die in einem Gehäuse
94 lagert. Dieses hat einen Ansatz 95, in dem das obere Ende des Kolbens
go sich führt. An der Welle 93 sitzt ein Handhebel 96 und eine Scheibe
97 mit Anzeigespitze 98. An dem Gehäuse 94 sind Marken angebracht,
die mit »selbsttätig«, »offen«, »ortsfest« und »geschlossen« bezeichnet sind. Soll
der Regler mechanisch durch den Dampfdruck gesteuert werden, so wird der Handgriff
96 in eine solche Lage gebracht, daß die Spitze 98 der mit »selbsttätig«
bezeichneten Marke an der Fläche des Gehäuses 94 gegenübersteht, wobei das untere
Ende des Kolbens go im oberen Ende des Kopfes des Gehäuses 36 steht (Abb.5), um
den freien Durchgang des Wassers von der Leitung 46 durch den Kanal 47 in das Ventilgehäuse
36 zu gestatten. Sollen die Rauchgasklappen voll geöffnet werden und soll der Unterschubmotor
auf höchste Geschwindigkeit gebracht werden, so wird der Hebel 96
in die mit
»offen« bezeichnete Lage bewegt, in der das untere Ende des Kolbens go bündig mit
der Unterfläche des Kopfes ist und den Einlaßkanal 47 abdeckt, wie in Abb. 5 bei
gox strichpunktiert angedeutet ist, worauf die Feder 53 das Ventil 5o hebt, um dem
Druckwasser zu gestatten, den Kraftkolben 65 zu seiner oberen Bewegungsgrenze zu
bewegen. Soll die Brenngeschwindigkeit auf ihren Mindestwert verringert werden,
so wird der Griff 96 in die mit »geschlossen« bezeichnete Anzeigestellung
bewegt, wobei der Kolben go seine tiefste Lage einnimmt, zwangsweise das Ventil
50 nach abwärts bewegt und dadurch den Kraftkolben 65 zur Bewegung nach seiner
unteren Bewegungsgrenze veranlaßt. Wünscht man den Kraftkolben 65 in irgendeiner
Zwischenlage mittels der Handsteuerung zu halten, so wird der Griff 96 in
die mit »ortsfest« bezeichnete Lage (Abb. i) bewegt. Das Ventil 50 wird dann
in der Zwischenlage durch den Kolben go und Feder 53 gehalten, bei der es die nach
beiden Enden des Kraftzylinders führenden Kanäle schließt, und so den Kraftkolben
in der jeweiligen Lage hält. Ein halbkreisförmiger Deckel ioo (Abb. 2) schützt die
Regelvorrichtung gegen Staub und Schmutz.