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Anordnung zur mechanischen Regelung von Dampfkesselfeuerungen Aufgabe
einer mechanischen Kesselregelung ist es, die Dampferzeugung dem Dampfbedarf anzupassen.
Mit der im Dampf abzuführenden Energiemenge muß also die im Brennstoff zuzuführende
Energiemenge ins Gleichgewicht gebracht werden, d. h. es sind zwei Mengen sowohl
ihrem physikalischen wie ihrem materiellen Werte nach gegeneinander abzuwägen. Dieser
Grundsatz wird dadurch verwirklicht, daß man die Regelanordnung unter den Einfluß
zweier Mengenmesser stellt, von denen der eine die abgehende Energiemenge, also
die Dampfmenge, der andere die zufließende Energiemenge, also die Menge des Brennstoffes
oder der Verbrennungsluft, mißt. Solange das Gleichgewicht zwischen beiden Mengen
vorhanden ist, heben sich die Wirkungen der beiden Impulse auf. Änderungen in der
einen oder anderen Menge rufen eine Veränderung in der Stellung eines Regelgliedes
hervor, das die Größe der zufließenden Energiemengen beeinflußt.
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Es gibt nun eine Reihe von Betriebsfällen, in denen die lineare Abhängigkeit
zwischen der primären und der sekundären Regelgröße, die in Abhängigkeit von der
primären verändert werden soll, nicht erwünscht ist. Ein solcher Fall kann z. B.
bei der Einregelung der Verbrennungsluft bei Belastungsänderungen der Kesselanlage
vorliegen. Während bei Schwankungen um die normale Belastung herum einer Änderung
der Dampfmenge eine direkt proportionale Änderung der Menge des Brennstoffes und
der Verbrennungsluft entsprechen kann, ist es vielfach erwünscht, daß die Luftmenge
bei kleinen Belastungen nicht im gleichen Verhältnis abnimmt, sondern daß in diesem
Falle mit einem größeren oder kleineren Luftüberschuß gearbeitet wird als bei der
normalen Belastung.
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Diesen Betriebsbedingungen kann durch die Anordnung gemäß, der Erfindung
dadurch Genüge geleistet werden, daß bei der Verwendung zweier Mengenmesser, deren
Impulse auf den Regler einwirken, die Änderungen der- Gegenkräfte, die den Impulskräften
das Gleichgewicht halten, bei beiden Impulsen nach verschiedenen, den Betriebsbedingungen
entsprechenden Gesetzen verlaufen. Die Anordnung kann dabei in der Weise getroffen
sein, daß sich die Abweichung der beiden Bewegungsgesetze über den ganzen Regelbereich
oder nur über einen Teil davon erstreckt.
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Das Schema einer Regelanordnung gemäß der Erfindung ist in der Abb.
i dargestellt. Es handelt sich bei dieser Regelanordnung darum, der in der Leitung
i strömenden Dampfmenge die Zufuhr der Verbrennungsluft durch die Leitung z anzupassen.
Hierzu dient ein Regelwiderstand 3 für den Antriebsmotor q. eines Ventilators 5.
Einzuregeln ist die Stellung des Widerstandes 3. Hierfür ist eine Hilfssteuerung
6 vorgesehen, die mit einem Kraftkolben 7 zusammenarbeitet. Die Kolbenstange 8 des
Kolbens 7- ist mit dem
Hebel 9 des Widerstandes 3 gekuppelt. Zur
Messung der in der Leitung i strömenden Dampfmenge ist eine Stauscheibe io eingebaut,
die durch Leitungen i t und i 2 mit einem Membrangehäuse 13 verbunden ist. Mit der
Membran 14 dieses Taktgebers ist über eine Stange 15 und einen Hebel 16 der
Steuerstift 17 der Hilfssteuerung 6 gekuppelt. Die Gegenkraft der Membran 14 wird
gebildet durch eine Feder 18, deren Kraft bekanntlich in einem linearen Verhältnis
zu ihrem Federweg steht.
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Um die Luftmenge gegen die Dampfmenge abzuwägen, ist in die Leitung
2 ebenfalls eine Stauscheibe i9 eingebaut, die in gleicher Weise durch Leitungen
2o und 21 mit einem Rückführer 22 in Verbindung steht. Die Membran 23 des Rückführers
ist über eine Stange 24 ebenfalls mit dem Hebel 16 gekuppelt.
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Die Wirkungsweise des Reglers ist folgende. Es sei angenommen, der
Dampf durchströme die Leitung i in der Richtung des Pfeiles 25 und der Bedarf der
an diese Leitung angeschlossenen Verbraucher wachse. Hierdurch wird bei zunächst
gleichbleibender Dampfmenge der Druck hinter der Stauscheibe io abfallen, die Druckdifferenz
zwischen den Leitungen 12 und i i also ansteigen. Unter der Wirkung dieser Druckdifferenz
bewegt sich die Membran 14 aufwärts und verstellt über die Stange 15 und
den Hebel 16
bei feststehendem Drehpunkt 26 den Steuerstift 17 aufwärts. Dadurch
wird dem bei 27 eintretenden Drucköl ein Weg durch den Kanal 28 über den Kolben
7 freigegeben. Der Kolben 7 bewegt sich abwärts und verstellt dabei den Hebel 9
des Widerstandes 3 in dem Sinne, daß sich die Drehzahl des Motors 4 und damit die
Fördermenge des Ventilators 5 vergrößert. Einer Vergrößerung des Dampfbedarfs entspricht
also eine Vergrößerung der Menge der Verbrennungsluft und damit zusammenhängend
eine Vergrößerung der der Feuerung zugeführten Energie. Die Vergrößerung darf jedoch
nicht beliebig weit verlaufen, sondern muß in dem Augenblick aufhören, in dein das
Gleichgewicht zwischen Dampf und Luft wiederhergestellt ist. Diesem Zwecke dient
der Rückführer 22. Bei einer Vergrößerung der in der Leitung 2 strömenden Luftmenge
steigt auch die Druckdifferenz an der Stauscheibe i9 und in den Leitungen 2o und
21 an. Die Membran 23 wird infolgedessen nach unten durchgebogen und verstellt über
die Stange 24 und den Hebel 16 bei feststehendem Drehpunkt 29 den Steuerstift
17 wieder zurück in seine Decklage. Dadurch wird der Regelvorgang beendet.
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Wäre die Membran 23 wie die Membran 14 durch eine Feder gegenbelastet,
so würde einer Veränderung der in der Leitung i strömenden Dampfmenge eine proportionale
Änderung der in der Leitung :2 strömenden Luftmenge folgen. Es soll jedoch dieses
Proportionalitätsverhältnis in einem bestimmten Sinne abgeändert werden. Zu diesem
Zwecke ist eine Einrichtung geschaffen, die 'die Gegenkraft der Membran 23 nach
diesem gewollten Gesetz beeinflußt. Hierzu ist in dem Ausführungsbeispiel ein mit
einer Flüssigkeit, z. B. Quecksilber, gefülltes Gefäß 30 mit einem Schwimmer
31 vorgesehen. Je nach der Durchbiegung der Membran 23, d. h. je nach der Änderung
der Verdrängungstiefe des Schwimmers 31, wird infolge des Auftriebs eine größere
oder kleinere Gegenkraft ausgeübt, die bei kreiszylindrischer Innenform des Gefäßes
30 sich proportional mit der Eintauchtiefe ändern würde. Zur Abänderung dieses
Verhältnisses ist im Gefäß 30 eine Einlage 32 angeordnet, die in diesem Falle
kegelförmig gestaltet ist. Einer Durchbiegung der Membran 23 um die Längeneinheit
entspricht in diesem Falle keine lineare Veränderung der Eintauchtiefe und damit
der durch den Auftrieb des Schwimmers 31 hervorgerufenen Gegenkraft, sondern
bei der Abwärtsbewegung der Membran 23 eine vergrößerte Gegenkraft infolge starker
Zunahme der Eintauchtiefe, bei der Aufwärtsbewegung eine verkleinerte Gegenkraft
infolge verringerter Abnahme der Eintauchtiefe.
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Die Ausbildung des Einsatzkörpers 32 richtet sich jeweils nach den
Betriebsbedingungen. In Abb. 2 ist ein Schwimmergefäß dargestellt, das die umgekehrte
Wirkung der Anordnung nach der Abb. i besitzt, d. h. bei abwärtsgehendem Schwimmer
ist die Änderung der Gegenkraft je Längeneinheit des Schwimmerweges geringer als
bei aufwärtsgehendem. .
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In Abb.3 ist ein Schwimmergefäß dargestellt, bei dessen Verwendung
die Abw eai.chung vom Proportion.alitätsgesetz erst nach Zurücklegung eines bestimmten
Schwimmerweges eintritt. Bis zur Höhe h ist der Einsatz als Kreiszylinder ausgebildet
und erst bei der Höhe hl kegelig. Während des Differenzweges w ist die Proportionalität
zwischen den beiden Mengenmessern 13 und 22 gewahrt.
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In den bisherigen Ausführungen war angenommen, daß der von der Leitung
i ausgehende Mengenimpuls durch eine unmittelbar auf die Hilfssteuerung einwirkende
Feder ausgeglichen sei. Bei dieser Anordnung geht die Mernbranbewegung in Abhängigkeit
von der Strömungsmenge nach einem quadratischen Gesetz vor sich. Die Verschiedenheit
der Bewegungsgesetze zwischen Taktgeber
13 und Rückführer 22 ist
dabei durch den Einbaukörper 32 in den Zylinderrauen 30 hergestellt. Ändert man
das quadratische Bewegungsgesetz des Taktgebers 13, z.B. dadurch, daß man die Feder
nicht unmittelbar, sondern über Wälzhebel in der Weise wirken läßt, daß zwischen
Dampfmenge und Taktgeberbewegung ein lineares Gesetz besteht, so müßte zur Durchführung
der Erfindung der an sich parabolisch zu gestaltende Einsatzkörper 32 in seiner
Form entsprechend geändert werden, um den erforderlichen Bewegungszusammenhang zu
wahren.
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Naturgemäß kann auch die Gegenkraft für den Taktgeber 13 durch eine
Flüssigkeitssäule entsprechend der Anordnung für den Rückführer 22 ausgebildet werden.