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Anordnung zur mechanischen elektrischen Regelung der Brennstoff- und
Luftzufuhr bei Dampfkesselfeuerungen Eine Anordnung zur Regelung von Dampfkesselanlagen
soll, um den Anforderungen der Praxis zu genügen, einerseits einfach, aber betriebssicher
im Aufbau sein, andererseits aber auch auf die Verschiedenheit der einzelnen Regelgrößen
hinreichend Rücksicht nehmen.
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Die im Dampfkessel zu regelnden Betriebsgrößen, wie insbesondere die
Brennstoffzufuhr und der Abzug der Heizungsgase bzw. Luftzufuhr, können nicht in
gleicher Weise ohne weiteres von derselben Regelschaltung abhängig gemacht werden,
zumal wenn die Regelung von ein und demselben Meßgerät, beispielsweise einem Dampfdruckmesser,
aus erfolgt. Denn es ist dabei erforderlich, die Eigenarten der verschiedenen Regelglieder,
deren Anwendung durch die zu überwachenden Betriebsgrößen gegeben ist, in genügender
Weise zu berücksichtigen. Während die Brennstoffzufuhr beispielsweise von der Geschwindigkeit
des Rostes oder der Brennstofffördereinrichtung abhängig gemacht ist, können die
Abzugsgase oder die Verbrennungsluft oft nicht ebenfalls durch eine Geschwindigkeitssteuerung
beeinflußt werden; Es kann hierbei vielmehr eine Druck- oder Zugmessung erforderlich
sein, da diese den tatsächlichen Kesselzustand während der Verbrennung berücksichtigt
und den physikalischen Eigenschaften der Gase besser angepaßt ist. Entsprechend
den verschieden zu verwendenden Rückmeldern, im ersten Falle beispielsweise einer
Tourendynamo, im anderen Falle eines Zug- oder Druckmessers, sind verschiedene Regelschaltungen
bedingt, die gemäß ihrer verschiedenen Charakteristik (einer linearen Charakteristik
der Tourendynamo und einer quadratischen Charakteristik des Zug- oder Druckmessers)
einen verschiedenen Antrieb ihrer Geberorgane erfordern. Um nun möglichst einfäche
und vor allem sicher und zuverlässig wirkende Regelschaltungen zu erhalten, sind
als Geberwiderstände an sich bekannte, leicht einstellbare Ouecksilberringrohrwiderstände
benutzt, wobei die Regelschaltung gleichzeitig unabhängig vom Strom der Regelmotoren
bleibt.
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Es sind Regelschaltungen bekannt, bei denen eine gemeinsame Verstellung
von Widerständen durch einen Dampfdruckmesser erfolgt, die aber abgesehen davon,
daß sie eine hohe Belastung für den Kolbendruckmesser bedeuten, lediglich als Vorwiderstände
zur Feldspule von Spannungserzeugern benutzt sind und die im Sinne dieser Vorwiderstände
die
Antriebsmaschinen für die Luft-und Brennstoffzufuhr beeinflussen. Die individuelle
Einstellung erfolgt hierbei jeweils von Hand,_ so daß eine selbsttätige und zuverlässige
Regelung in befriedigender Weise nicht immer erfolgt.
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Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile einer teils umständlichen
und teils unvollkommen mechanischen Regelung zu vermeiden, indem der eine der an
den Dampfdruckmesser angeschlossenen Quecksilberringrohrwiderstände zur Regelung
der Verbrennungsluftzufuhr in einer Brückenschaltung, der andere zur Regelung der
Brennstoffzufuhr in einer Spannungskompensationsschaltung angeordnet ist, wobei
die Widerstände, entsprechend der verschiedenem Charakteristik der Regelschaltungen,
mit einem unterschiedlichen mechanischen Antrieb versehen sind. Der Antrieb des
Geberwiderstandes für die Regelung der Brennstoffzufuhr erfolgt zweckmäßig über
einen Kurvenkörper, der die quadratische Charakteristik des als Mengenmesser wirkenden
Dampfdruckmessers in eine lineare überführt, während der Geberwiderstand für die
Regelung der Luftzufuhr unmittelbar von der durch den Dampfdruckmesser angetriebenen
Welle eingestellt wird.
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Außer zum Abgleichen der Meßwertverhältnisse der beiden Regelschaltungen
kann der Kurvenkörper zur Einstellung eines bestimmten von der Belastung des Kessels
abhängigen Brennstoffluftverhältnisses dienen, wobei dieses Verhältnis durch jeweils
besondere Ausbildung des Kurvenkörpers bei erhöhter Kesselleistung zweckentsprechend
verändert werden kann.
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In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Ein Dampfdruckmesser i, der an die Dampfsammelleitung angeschlossen
ist, enthält einen Kolben 2, dessen oberer Teil 3 mit einer Verzahnung versehen
ist. Der Kolben 2 wird zweckmäßig in an sich bekannter Weise durch nicht dargestellte
Mittel ständig in Drehung gehalten, um Reibungsverluste weitmöglichst auszuschalten.
Mit der Verzahnung 3 steht ein Zahnrad 4 in Eingriff, auf dessen Welle 5 einerseits
ein Quecksilber ringrohrwiderstand 6 und andererseits eine Kurvenscheibe 7 befestigt
sind. Der Regelwiderstand 6 bildet den Geberwiderstand für eine Brückenschaltung
8, die zur mechanischen Regelung der Zufuhr der Verbrennungsluft dient. Die aus
einer Batterie g gespeiste Brücke 8 enthält im Diagonalzweig ein Relais io, dessen
Zeiger durch einen Fallbügel i i periodisch niedergedrückt wird. Der Zeiger des
Meßgerätes io sowie seine Gegenkontakte 12, sind mittels Leitungen 13
an-
ein Umschalterelais 14 angeschlossen, das über Leitungen 15 den Stromkreis
für Rechts-oder Linkslauf eines Motors 16 steuert. Der Motor 16 verstellt die Luftzufuhrklappe
17.
Die Wiederherstellung des Gleichgewichtes in der Brücke 8 erfolgt in der
Weise, daß ein Zugmesser 18, der mittels eines Rohres i9 an die Zufuhrleitung 2o
für die Verbrennungsluft angeschlossen ist, einen auf seiner Achse angebrachten
Ouecksilberringrohrwiderstand 21 in der Brückenschaltung 8 entsprechend einstellt.
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Über die von der Welle 5 angetriebene Kurvenscheibe 7 ist ein Band
22, beispielsweise aus Bronze, geführt, mittels dessen eine Weile 23 angetrieben
wird. Auf der Welle 23 ist ein Quecksilberringrohrwiderstand 24 befestigt, der den
Geberwiderstand für die Schaltung zur Regelung der Brennstoffzufuhr bildet. Diese
Schaltung, die aus einer Batterie 25 gespeist wird, enthält Widerstände 26, 27 und
28 sowie ein Relais 29, das in ähnlicher Weise ausgebildet ist wie das Relais io
der Brücke B. Durch die erwähnte Widerstandsschaltung wird über ein Relais 3o der
Stromkreis für Rechts- und Linkslauf eines kleinen Motors 31 gesteuert, der einen
Widerstand 32 regelt. Der Widerstand 32 ist in dem die Feldwicklung 33 eines Motors
34 enthaltenden Stromkreise angeordnet. Die Speisebatterie für diesen Stromkreis
ist bei 35 gezeichnet. Der Motor 34 treibt über den Exzenter 36 in nicht näher gezeichneter
Weise den Wanderrost des Dampfkessels an und regelt damit die Brennstoffzufuhr.
Auf der Welle des Motors 34 ist eine kleine Tourendynamo 37 angebracht, deren Feldwicklung
38 aus der Batterie 25 gespeist wird. Die von der Tourendynamo 37 erzeugte Spannung,
die von der Umdrehungszahl des Motors 34 abhängig ist, ist an die Enden des Widerstandes
27 gelegt, derart, daß durch sie der Einfluß einer durch eine Verstellung des Geberwiderstandes
24 erfolgte Regelung mit Bezug auf das Relais 29 kompensiert wird.
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Auf der Zeichnung ist der Ringrohrwiderstand 24 in seiner Nullstellung
gezeichnet, in welcher der Widerstandsdraht vom Quecksilber kurzgeschlossen ist.
Der Kolben i ist in seiner oberen Grenzstellung dargestellt, so daß bei einer Verstellung
des Kolbens der Ringrohrwiderstand 24 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne gedreht
wird und dadurch ein Teil des Widerstandsdrahtes aus dem Quecksilber heraustritt.
Es ist also aus der gezeichneten Stellung nur eine Verstellung des Ringrohrwiderstandes
in entgegengesetztem Sinne des Uhrzeigers möglich, während bei allen übrigen Stellungen,
mit Ausnahme der unteren Grenzstellung, sowohl Drehungen
als auch
entgegengesetzt dem Uhrzeigersinne, je nach den Verstellungen des Kolbens, stattfinden
können.
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In der auf der Zeichnung veranschaulichten Stellung des Ringrohrwiderstandes
24 und des Relais 29 fließt in dem das Relais 29 enthaltenden Stromzweige kein Strom,
weil der Spannungsabfall im Stromzweige 25, 26, 24 durch den von der Tourendynamo
37 im Stromzweige 37, 27 erzeugten Spannungsabfall kompensiert wird. Die Tourendynamo
läuft dabei mit der kleinstmöglichsten Tourenzahl. Erfolgt nun bei gleichbleibender
Tourenzahl der Dynamo 37 aus der gezeichneten Stellung eine Verstellung des Ringrohrwiderstandesentgegengesetzt
dem Uhrzeigersinne, so wird der Widerstand in dem Stromzweige 25, 26, 24 vergrößert,
und es fließt ein Strom durch das Relais 29, weil jetzt der Spannungsabfall, der
von der Batterie 25 an den Anschlußpunkten des Relais 29 entsteht, den entgegengesetzt
gerichteten Spannungsabfall, der von der Tourendynamo 37 erzeugt wird, überwiegt.
Der Zeiger des Relais 29 schlägt nach einer bestimmten Richtung, z. B. nach links,
aus. Durch die periodisch erfolgende Kontaktgabe am Relais 29 wird dann mittels
des Umschalterelais 30 und des Hilfsmotors 31 der .Widerstand 32 so verstellt,
bis die Tourenzahl des Motors 34 und damit auch diejenige ' der Tourendynamo 37
zunimmt. Diese Regelung erfolgt so lange, daß die von der Tourendynamo 37 erzeugte
Spannung wieder der an den Anschlußpunkten des Relais 29 . herrschenden, von der
Batterie 25 erzeugten Spannung entgegengesetzt gleich ist. Das Relais 29 nimmt dann
wieder die gezeichnete Stellung ein. Nunmehr können Verstellungen des Ringrohrwiderstandes
24 und dadurch bedingte Verstellungen des Zeigers des Relais 29 in beiden Richtungen
stattfinden.
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Die Tourendynamo 37 hat eine lineare Charakteristik. Um nun die von
ihr erzeugte Spannung mit der durch den Geberwiderstand 24 an das Relais 29 gelegten
Spannung in einwandfreier Weise zu kompensieren, ist die Kurvenscheibe 7 vorgesehen.
Würde der Antrieb des Geberwiderstandes 24 unmittelbar von der Welle 5 aus erfolgen,
so wäre eine solche Kompensation nicht ohne weiteres möglich, da der Dampfdruckmesser
i, der die Verstellung der Welle 5 bewirkt, zufolge seiner Eigenschaft auf Dampfmengenschwankungen
anzusprechen, eine quadratische Charakteristik aufweist. Die Kurvenscheibe 7 führt
die quadratische Abhängigkeit in eine lineare über. Außerdem kann durch sie eine
bestimmte Gesetzmäßigkeit der Abhängigkeit der Brennstoffzufuhr von dein Luftüberschußverhältnis
berücksichtigt werden, was bekanntermaßen insbesondere für Kohlenstaubfeuerung von
Bedeutung ist. Die Kurvenscheibe 7 wird in solchem Falle in der Weise gestaltet,
daß bei normaler Belastung des Kessels die Verbrennungsluftmenge einen konstanten
Luftüberschuß liefert, der beispielsweise 2o °/o der zugeführten Brennstoffmenge
ausmacht, daß aber bei außergewöhnlich hoher Belastung der Prozentgehalt des Luftüberschusses
erhöht wird, um eine unzulässig hohe Abnutzung der Feuerungswände zu vermeiden.
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Eine Brückenschaltung für die Regelung der Luftzufuhr ist aus dem
Grunde für diesen Zweck besonders geeignet, weil sie ein sicheres Arbeiten des die
Zufuhrklappe verstellenden Motors mit einfachen Mitteln ermöglicht. Eine solche
Schaltung wäre für die Regelung der Brennstoffzufuhr hingegen weniger geeignet,
weil die Überwachung, ob der gewünschte Enderfolg tatsächlich eingetreten ist, notwendigerweise
auf anderem Wege erfolgen muß als in dem ersten Falle. Die in der Abbildung dargestellte
Überwachung des Motors für die Brennstoffzufuhr durch eine Tourendynamo und des
Motors für die Verstellung der Luftklappe durch einen Zugmesser hat sich als besonders
geeignet erwiesen.
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Durch die Verschiedenheit der für die beiden verschiedenen Zwecke
verwendeten Regelungsschaltungen wird eine enge Anpassung an den Vei--#vendungszweck
geschaffen. Soweit als möglich sind dabei in beiden Regelschaltungen gleiche Elemente
verwendet, beispielsweise gleiche Geberwiderstände 6 und 24, gleiche Steuerrelais
io und 29 USW. Sind mehrere Kessel zu regeln, so können ihre Geberwiderstände
in entsprechender Weise auf der Welle 6 bzw. 23 angeordnet werden.