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Dampfanlage mit einem zwischen parallel geschaltetem Hoch- und Niederdrucknetz
eingeschalteten Wärmespeicher Die Erfindung bezieht sich auf Dampfanlagen mit parallel
geschaltetem Hoch- und Niederdrucknetz und mit Wärmespeicher, der den überschüssigen
Dampf der Hochdruckleitung aufnimmt und fehlenden Dampf an das Niederdrucknetz abgibt.
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Bei anderen bekannten Anlagen dieser Art wird meist, wie in Abb. r
dargestellt ist, der Darnpfüberschuß des Hochdrucknetzes durch ein Ventil
A in die Ladeleitung l des Speichers S und in die unmittelbar zum
N iederdrucknetz n unter Zwischenschaltung eines Druckminderungsventils R führende
Verbindungsleitung v geführt. Die Ladung und Entladung des Speichers wird dabei
durch Rückschlagventile R1 und R= geregelt. Der Nachteil dieser bekannten Schaltung
besteht darin, daß bei einem Hängenbleiben des Rückschlagventils R2 in der Entladeleitung
des Speichers der Ladedampf in den Dampfraum des Speichers eintritt, wodurch eine
Aufladung unter Kondensation des Dampfes im Wasserinhalt verhindert wird, so daß
der Überschußdampf durch die Sicherheitsventile verlorengeht und der Speicher selbst
aus dem Betriebe ausgeschaltet wird.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, an ein von einer Entnahmedampfmaschine
gespeistes Heiznetz einen Wärmespeicher anzuschließen, der von der Frischdampfleitung
gespeist wird und die Schwankungen zwischen Heiz- und Kraftbedarf ausgleichen soll.
Diese Schaltung hat aber wieder den Nachteil, daß bei größerem Heizdampf- und geringerem
Kraftdampfbedarf der Speicher gleichzeitig aufgeladen und entladen wird. Dadurch
wird die Verdampfungsfläche des Speichers sehr stark beansprucht, so daß die Gefahr
eines Mitreißens von Wasser entsteht. Überdies geht dabei die Überhitzungswärme
des Dampfes verloren.
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Die Erfindung vermeidet alle genannten Nachteile durch die Einschaltung
einer unmittelbaren Verbindungsleitung zwischen Hoch-und Niederdrucknetz mit einer
selbsttätig gesteuerten Absperrvorrichtung, derart, daß der überschüssige Hochdruckdampf
durch die Verbindungsleitung nur insoweit an das Niederdrucknetz abgegeben wird,
als die Niederdruckverbraucher den Überschußdampf aufnehmen können, darüber hinaus
aber durch die Ladeleitung dem Wärmespeicher zugeführt wird. Außerdem sind Lade-
und Entladeventil derart gesteuert, daß nur eines von beiden geöffnet ist.
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Während bei der bekannten Anlage ein gleichzeitiges Auf- und Entladen
des Speichers stattfinden kann, wird bei der Anlage nach der Erfindung dem Speicher
nur jene Dampfmenge zugeführt, für die in der Gesamtanlage augenblicklich keine
Verwendung vorhanden ist.
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Die Abb. 2 bis c9 zeigen die Einschaltung des Speichers gemäß der
Erfindung.
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Die Regelung der Ventile L, E und V (Abb. 2 bis 9) kann selbsttätig
oder auch
teilweise von Hand erfolgen. Um einen vollständigen Ausgleich
in der Anlage zu erzielen, sind jedoch die Ventile derart zu regeln, daß das N iederdrucknetz
nur insoweit aus dem Hochdrucknetz gespeist wird, als überschüssiger Hochdruckdampf
vorhanden ist. Das Niederdrucknetz wird dabei erst dann mit Dampf aus dem Speicher
gespeist, wenn durch die Verbindungsleitung v nicht genügend überschüssiger Hochdruckdampf
strömt. Ist der Niederdruckdampfbedarf kleiner als der Dampfüberschuß des, Hochdrucknetzes,
so muß der nicht sofort verwendbare Teil des Dampfüberschusses im Speicher niedergeschlagen
werden.
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Der Grundsatz, das Niederdrucknetz nur insoweit aus dem Hochdrucknetz
zu speisen, als überschüssiger Hochdruckdampf zur Verfügung steht, ist natürlich
nur durchführbar, solange der Speicher den für das Niederdrucknetz fehlenden: Dampf
abgeben kann, d. h. solange der Speicher noch nicht vollständig entladen ist. Ist
die völlige Entladung des Speichers eingetreten, so muß entweder der für den Niederdruckverbraucher
erforderliche Dampf ohne Rücksicht auf den Belastungszustand des Kessels aus dem
Hochdrucknetz entnommen werden, oder die Niederdruckverbraucher müssen abgeschaltet
werden.
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Die oben angegebene Regelung läßt sich in verschiedener Weise durchführen.
In einfacher Weise geschieht dies z. B. dadurch, daß man, wie in Abb.2 durch die
gestrichelten Bezugslinien angedeutet, das Ventil P vom Druck im Hochdrucknetz und
das Entlade ventil E vom Druck im Niederdnucknetz derart steuert, daß bei Steigen
des Steuerdruckes (d. h. des Hochdruckes für Ventil V, des Niederdruckes für Ventil
E) über eine einstellbare Grenze Ventil V öffnet und Ventil E schließt und bei sinkendem
Steuerdruck Ventil V schließt und! Ventil E öffnet. Ist bei einer derartigen Anlage
Dampfüberschuß im Hochdrucknetz vorhanden, so steigt der Druck in diesem Netz über
den Betriebsdruck, auf dien das Verbindungsventil V eingestellt ist. Das Ventil
V öffnet und läßt den überschüssigen Hochdruckdampf zum Niederdrucknetz strömen,
so daß eine geringe Drucksteigerung des Niederdrucknetzes eintritt, durch welche
das Entladeventil des Speichers geschlossen wird. Sinkt der Druck im Hochdrucknetz
infolge größeren Dampfverbrauches oder infolge geringerer Dampferzeugung, so schließt
das Ventil V, und der Druck im Niederdrucknetzwird um einen geringen Betrag sinken,
so daß das Entladev entil E des Speichers vermehrt öffnet und mehr Speicherdampf
in das Niederdrucknetz einströmen läßt. Eine andere Möglichkeit, die Regelung im
Sinne des oben angegebenen Belastungsausgleiches durchzuführen, besteht darin, daß
man gemäß Abb. 3 das Ventil V vom Niederdruck und das Entladeventil E vom
Hochdruck derart steuert, daß die Ventile beim Sinken des Steuerdruckes unter eine
einstellbare Grenze öffnen und beim Steigen des Steuerdruckes schließen. Dia Wirkungsweise
dieser Anlage ist folgende: Steigt der Hochdruck über die normale Grenze, so schließt
das Entladeventil E des Speichers, wodurch zunächst eine geringe Drucksenkung des
Niederdrucknetzes hervorgerufen wird. Infolge dieser Drucksenkung öffnet das Ventil
V und läßt den überschüssigen Hochdruckdampf zum Niederdrucknetz abströmen. Sinkt
der Druck in. Hochdrucknetz, so öffnet das Entladeventil E, und der Speicher gibt
mehr Dampf an das Niederdrucknetz ab. Dadurch wird eine geringe Drucksteigerung
im Niederdrucknetz bewirkt, welche das Ventil V schließt.
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Soll auch das Ladeventil L des Speicher in den oben erläuterten Fällen
(Abb, 2 und 3) selbsttätig geregelt werden, so kann dies in Abhängigkeit vom Hochdruck
oder vom Niederdruck geschehen. Die Regelung ist alsdann so einzurichten, daß das
Ladeventil L beim Steigen des Steuerdruckes über eine einstellbare Grenze öffnet,
jedoch erst, wenn das vom gleichen Steuerdruck geregelte Entladeventil E und das
Ventil V ihre Grenzstellungen erreicht haben. Diese Ventile müssen also zunächst
vollständig geöffnet oder geschlossen sein, bevor das Ladeventil L sich zu öffnen
beginnt. Die vorstehend angegebene Reihenfolge, in der die Ventile in Tätigkeit
gesetzt werden, wird dadurch erreicht, daß der Steuerdruck der Ventile um einen
geringen Betrag (etwa 111o Atm.) verschieden eingestellt wird.
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Bei völlig selbsttätiger Regelung der Ventile L, E und V ergeben sich
alsdann die in Abb. q. bis 7 dargestellten Schaltungen. Aus den zugehörigen Nebenzeichnungen
(Abb. qa, 5a usw.) ist die Einstellung des Steuerdruckes für die vom gleichen Netz
aus geregelten Ventile zu ersehen.
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In der Abb. q. ist das Verbindungsventil Z' so eingestellt, daß es
bei einem Druck von z9,9 Atm. im Hochdrucknetz zu öffnen beginnt und bei 2o Atm.
ganz offen ist. Steigt der Druck im Hochdrucknetz weiter, so wird dadurch das Ladeventil
L geöffnet, das bei 2o,I Atm. seine volle Öffnung erreicht. Wenn der durch das Ventil
V in das Netz ia strömende Dampf den Bedarf dort gerade dreckt, also z. B. .ein
Druck von 6 Atm. aufrechterhalten wird, dann bleibt das Entladeventil E geschlossen.
Steigt der Bedarf im Niederdrucknetz
über den vom Ventil V gelieferten
Dampf, dann öffnet Ventil E, und der fehlende Dampf wird dem Speicher entnommen.
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In der Abb. 5 ist das Entladeventil E so eingestellt, daß es bei 6
A.tm. zu öffnen beginnt und bei 5,9 Atm. ganz offen ist, während das Öffnen des
Ladeventils L bei 6 Atm. beginnt und die volle Öffnung bei 6,1 Atm. erreicht ist.
Die Wirkungsweise der Anlage nach Abb. 5 ist kurz folgende: Bei Vorhandensein von
Cberschußdampf im Hochdrucknetz, also beispielsweise bei einem Hochdruck von 2o
Atm., beginnt Ventil L' sich zu öffnen und läßt den überschüssigen Hochdruckdampf
in die Niederdruckleitung einströmen. Reicht der Dampfüberschuß gerade zur Deckung
des Niederdruckdampfbedarfes aus, so wird sich im -Niederdrucknetz ein Druck von
6 Atm. einstellen, alsdann sind sowohl Ventil E wie L geschlossen. Ist die überschüssige
Hochdruckdampfmenge kleiner als der Dampfbedarf des Niederdrucknetzes, so sinkt
der Druck im Niederdrucknetz unter 6 Atm., Ventil E öffnet, und der Speicher gibt
den fehlenden Dampf ab.
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Strömt aber durch das Ventil V mehr Dampf als die N iederdruckv erbraucher
benötigen, so wird zunächst Ventil E schließen und, wenn der Niederdruck über 6
Atm. steigt, Ventil L öffnen, so daß der Dampfüberschuß des Hochdrucknetzes, der
im Niederdrucknetz nicht untergebracht «-erden kann, über Ventil L in den Speicher
strömt.
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Die Ventile L und T' in der Abb. 6 «-erden vom Druck im Niederdrucknetz
beeinflußt. Übersteigt der Druck im Netz h. die normale Grenze, dann schließt das
Ventil E die Dampfentnahmeleitung des Speichers, und das Verbindungsventil l' öffnet
den Dampfzufluß zum Niederdrucknetz st. Das Diagramm 6a zeigt nun, daß das Verbindungsventil
TI zu: schließen beginnt, wenn der Druck im Netz n. 5,9 Atm. überschreitet. Bei
6 Atm. hat das Ventil V ganz geschlossen. Gleichzeitig öffnet bei diesem Druck das
Ladeventil L, damit der Dampfüberschuß des Hochdrucknetzes zum Speicher S strömen
kann. Bei einem Druck von 6,1 Atm. im Netz it ist das Ventil L ganz offen.
Steigt der Bedarf an Niederdruckdampf, so daß der Druck im Netz it sinkt, dann öffnet
das Ventil V die Dampfzufuhr wieder, vorausgesetzt, daß das Ventil E noch geschlossen
ist.
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In der Abb. 7 werden die Ventile E und L vom Druck im Netz
lt beeinflußt. Übersteigt dieser Druck i9,9 Atm., dann beginnt das Ventil
E zu schließen, bei 2o Atm. ist es ganz geschlossen. Gleichzeitig öffnet bei diesem
Druck das Ladeventil L, das bei 2o,i Atm. ganz offen ist. Der Dampfüberschuß strömt
zum Speicher. Das Verbindungsventil V sichert die benötigte Niederdruckdampfmenge
für das Netz it.
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Um ein Pendeln des Ventils V zu vermeiden, ist es zweckmäßig, dieses
Ventil sowohl vom Hochdruck wie vom Niederdruck zu steuern. Dabei ist die Regelung
derart einzurichten, daß die Schließanregungen vorherrschen, d. 1i. das Ventil Z'
muß stets schließen, wenn irgendeine Schließanregung vorliegt, auch wenn gleichzeitig
eine andere Anregung das Ventil öffnen will. Dies soll kurz an Hand von Abb. 8 erläutert
werden.
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Die Einstellung des Steuerdruckes für die verschiedenen Ventile ergibt
sich aus den Nebenzeichnungen 8a und 81i.
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Ist beispielsweise der Druck im Hochdrucknetz h 2o Atm., so müßte
Ventil V ganz geöffnet sein. Ist aber gleichzeitig der Druck im Niederdrucknetz
größer als 6 Atm., beispielsweise 6,05 Atm., so wirkt dieser Druckimpuls
auf ein Schließen des Ventils V.
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Da nun die Schließanregung überwiegt, so wird die Einstellung des
Ventils V durch den Niederdruck bestimmt, und das Ventil ist gemäß Abb. Sb nur halb
geöffnet. Dies hat natürlich zur Folge, daß nicht der ganze Überschußdampf durch
das Ventil TI in das N iederdrucknetz abströmt und daher der Hochdruck über 2o Atin.
steigt, so daß Ventil L zum öffnen gebracht wird.
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In Abb. io ist die Regelungseinrichtung des Ventils b', wenn dieses
vom Hoch- und Niederdruck gesteuert wird, schematisch dargestellt. Das Ventilgestänge
ä wird einerseits durch die Feder f bewegt, welche das Ventil öffnet, und andererseits
durch die Kolbenstangen der Hilfszylinder a und b nach unten gedrückt, wodurch
das Ventil geschlossen wird. Die Kolbenstangen stehen mit dem Ventilgestänge in
loser Verbindung, und die Hilfszylinder sind derart bemessen, daß sie den Widerstand
der Feder f überwinden können.
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Der Hilfszylinder a ist an das Hochdrucknetz angeschlossen. Auf die
obere Seite des Kolbens wirkt die Feder h, welche auf den Betriebsdruck des Hochdrucknetzes,
z. B. auf 19,9 Atm., eingestellt ist (vgl. Abb. 8a). Auf die untere Seite
des Kolbens im Hilfszylinder b wirkt die Feder it1, welche auf den Betriebsdruck
des Niederdrucknetzes, z. B. 6 Atm., eingestellt ist (vgl. Abb. 8b).
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Steigt der Druck im Hochdrucknetz, so wird der Kolben des Hilfszylinders
cc gehoben. Das Ventil V öffnet sich jedoch nur, wenn der Kolben des Hilfszylinders
b das Steuergestänge des Ventils freigibt, d. h. wenn der Druck im Niederdrucknetz
kleiner als 6 Atm. ist. Eine Schließbewegung irgendeines Hilfszylinders kann immer
ausgeführt werden, da diese durch den anderen Hilfszylinder nicht behindert werden
kann.
Das Lade- und: Entladeventil des Speichers kann mechanisch
verbunden oder zu einem Verbundventil derart vereinigt werden, daß die Verbindung
zwischen dem Speicher und der Ladeleitung oder zwischen dem Speicher und der Entladeleitung
nur hergestellt werden kann, wenn die andere Verbindung unterbrochen ist. Eine derartige
Anlage zeigt Abb.9. Bei dieser Anlage ist angenommen, daß das Verbundventil B vom
Druck in der N iederdr uckleitung gesteuert wird, während die unmittelbare Dampfzufuhr
aus dem Hochdrucknetz zum Niederdrucknetz durch das Ventil V in Abhängigkeit vom
Hochdruck geregelt wird. Steigt der Druck im Niederdrucknetz, so wird zunächst die
Verbindung des Speichers mit dem Niederdrucknetz gedrosselt und schließlich ganz
geschlossen. Wird durch das Ventil V mehr Dampf in das Niederdrucknetz.geleitet,
als die N iederdruckverbraucher aufnehmen können, so steigt der Niederdruck weiter,
und das Verbundventil gibt nun die Verbindung des Speichers mit der Hochdruckleitung
frei, und zwar wird diese Verbindung ganz geöffnet. Im Dampfraum des Speichers herrscht
jetzt derselbe Druck wie im Hochdrucknetz. Eine nennenswerte Kondensation des Dampfes
tritt aber nicht ein, da sich an der Wasseroberfläche des Speichers nur eine geringe
Heißwasserschicht bildet; die eine weitere Kondensation verhindert. Die Niederschlagung
des Z;Tberschußdampfes wird in diesem Falle durch Einspritzung von kälterem Wasser
in den Dampfraum geregelt.
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Die Übertragung der Steuerdrücke auf die Ventile kann natürlich auch
auf hydraulischem Wege mit Hilfe von Hilfskraftmaschinen erfolgen.
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Es ist selbstverständlich, daß vor dem Hochdrucknetz noch weitere
Leitungen mit höheren Drücken und hinter dem Niederdrucknetz noch weitere Leitungen
mit niedrigeren Drücken angeschlossen sein können. Auch können an allen Netzen besondere
Dampferzeuger angeschlossen sein.
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Der Überschußdampf kann im Speicher dadurch niedergeschlagen werden,
daß er in den Wasserraum des Speichers eingeleitet wird. Die Kondensation des Dampfes
im Speicher kann aber auch in der Weise herbeigeführt werden, daß Wasser von geringerer
als Dampftemperatur in den Dampfraum des Speichers durch eine Leitung k fein verteilt
eingespritzt wird. Die Regelung der Wasserzufuhr erfolgt dabei zweckmäßig in Abhängigkeit
vom Druck oder von der Temperatur im Speicher oder in einer andren Leitung. Bei
der Anlage nach Abb. g wird z. B. die Wasserzufuhr durch die Leitung vom Niederdruck
geregelt. Ist die Temperatur des Speicherwassers infolgeDampfentnahme unter die
Höchsttemperatur gesunken, so kann zum Niederschlagen des Überschußdampfes zunächst
das Speicherwasser verwendet werden, bis der Höchstdruck im Speicher erreicht ist,
und die Kaltwasserzufuhr setzt .erst ein, wenn der Höchstdruck oder die Höchsttemperatur
im Speicher überschritten wird.
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Auch kann die Kondensation des Überschußdampfes in einem kleinen Hilfsbehälter
außerhalb des Speichers vorgenommen und dem Speicher nur heißes Wasser zugeführt
werden.
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Heißes Speicherwasser kann für beliebige Zwecke entnommen, insbesondere`
auch zur Kesselspeisung verwendet werden. Die Speisung des Kessels aus dem Speicher
erfolgt dabei zweckmäßigerweise in Abhängigkeit vom Wasserstand der Kessel, oder
der Kessel wird nur in Zeiten erhöhten Dampfbedarfes aus dem Speicher, bei geringem
Dampfbedarf aber mit kälterem Wasser gespeist. Außerdem kann dem Speicher auch heißes
Wasser für die Fabrikationszwecke entnommen werden.
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Der Speicher kann auch durch Rauchgase beheizt sein, und es kann ihm
ferner heißes Wasser von höherer als Speichertemperatur zugeführt werden.