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Speisewasserregler für Dampfkessel mit Zuführung des Speisewassers
in Abhängigkeit von der Belastung und vorzugsweise von der Wasserstandshöhe . Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Speisewasserregler für Dampfkessel. Bei Dampfkesseln
ist es zum Zweck einer wirtschaftlichen Betriebsweise erforderlich, die Speisewasserzufuhr
sowohl in Abhängigkeit von dem jeweiligen Wasserstand als auch in Abhängigkeit von
der Belastung zu regeln. Die für diesen Zweck bereits vorgeschlagenen Anordnungen
sind aber für den praktischen Betrieb unbefriedigend, da die Speisewasserzufuhr
nicht im gleichen Maße geregelt wird, als der Dampfentnahme aus dem Kessel entspricht.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird eine Einrichtung vorgesehen, durch
welche die Speisewasserzufuhr im wesentlichen in unmittelbarem Verhältnis -zur Belastung
des Kessels eingeregelt wird; zu diesem Zweck wird vorzugsweise der Druckabfall
in einem Teil der von dem Kessel abgehenden Dampfleitung nutzbar gemacht, um ein
Regelventil zu steuern, von dem der Druckabfall eines in der Speiseleitung angeordneten
Speiseventils abhängig ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf der Zeichnung veranschaulicht:
Abb. i zeigt in Ansicht und teilweise im Schnitt einen Dampfkessel mit Speisewasserzuführung.
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Abb. z zeigt im Schnitt eine Einzelheit der Erfindung. Um die Stärke
des Feuers im Feuerraum des Kessels gleichbalten zu können, benutzt man gewöhnlich
eine Wasserspeisevorrichtung, welche den Wasserspiegel im Kessel bei gleichbleibender
Belastung im wesentlichen gleichhält, bei Belastungsänderungen den Wasserspiegel
jedoch derart ändert, daß der Wasserspiegel gehoben wird, wenn die Belastung fällt,
und gesenkt wird, wenn die Belastung steigt. Wenn bei solchen bekannten Einrichtungen
auf einmal eine große Wassermenge in den Kessel eingeführt wird, so wird die Verdampfungsmenge
erheblich herabgesetzt, und es wäre notwendig, um die vom Kessel zu erzeugende Dampfmenge
aufrechtzuerhalten, die Brennstoffmenge erheblich zu erhöhen. Um dieses zu vermeiden,
läßt man im Betrieb bei steigender Belastung den Wasserspiegel im Kessel sinken,
um so zu verhindern, daß in den Kessel eine unerwünscht große Wassermenge einfließt.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird ein Speisewasserregler benutzt,
welcher ein Wärmeausdehnungsrohr 5 besitzt. Dieses Rohr wird beispielsweise von
einem Träger 6 getragen und ist durch ein Rohr 7 mit dem Dampfraum des Kessels q.
und durch ein Rohr 8 mit dem Wasserraum des Kessels q. kommunizierend verbunden,
so daß der Wasserspiegel in dem Rohr im allgemeinen ebenso hoch ist wie der Wasserspiegel
in dem Kessel.
Das eine Ende des Rohres 5 ist an dem Träger 6 befestigt
und das andere Ende mit ihm beweglich verbunden und an einem Hebel io befestigt,
der das Speisewasserventil15 betätigt. Zu diesem Zweck ist der Hebel io über ein
Glied i i mit einem Hebel 12 verbunden, der seinerseits an einem drehbaren Bolzen
36 befestigt ist, der in das Ventilgehäuse 13 hineinragt. Innerhalb des Gehäuses
13 ist an dem Bolzen 36 ein Arm 14 befestigt, der mit dem Ventilkolben 15 verbunden
ist.
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Das Ventil 15 liegt in der Speisewasserleitung 30, 3i. Das Wasser
wird unter Druck, beispielsweise durch eine Pumpe, durch Rohr 3o, die Öffnungen
des Ventils 15 und Rohr 31 in den Kessel geleitet.
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Wenn während des Betriebes das Wasser im Kessel verbraucht wird und
der Wasserspiegel sinkt, so dringt mehr Dampf in das Rohr 5 ein, so daß sich das
Rohr ausdehnt; dadurch wird der Hebel io leicht entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht,
so daß das Ventil 15 unter dem Einfluß des Gewichtes 3a gehoben werden kann, so
daß es einen größeren Durchfluß des Speisewassers ermöglicht. Hierdurch wird mehr
Wasser in den Kessel eingeführt und verhindert, daß der Wasserspiegel stärker sinkt,
als erwünscht ist. Umgekehrt wird die Speiseleitung stärker gedrosselt, wenn der
Wasserspiegel in dem Kessel zu hoch steigt.
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Die weitere Öffnung der Durchlässe des Ventils 15, wodurch mehr Wasser
durch das Ventil hindurchfließt, verursacht gewöhnlich ein Sinken des Druckabfalles
im Ventil, so daß es oft vorkommt, daß der Durchfluß durch das Ventil den durch
den Kessel gegebenen Bedingungen nicht entspricht. Häufig werden nämlich Dampfkessel
reihenweise von einer einzigen Pumpe gespeist, so daß der Wasserdruck am Einlaß
des Speisewasserventils für alle Kessel gleich ist und daher den verschiedenen Bedingungen
der einzelnen Kessel nicht entspricht. Es ist daher oft wünschenswert, den Druckabfall
im Ventil entsprechend den Bedingungen der einzelnen Kessel regeln zu können.
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Zum Zwecke einer solchen Regelung wird erfindungsgemäß eine Anordnung
benutzt, durch welche bei steigendem Durchflußquerschnitt durch das Ventil eine
Verminderung des Druckabfalles im Ventil oder eine Erhöhung des Druckabfalles bei
Verminderung des Durchflusses vermieden wird. Zu diesem Zweck ist ein Regelventil
16 vorgesehen, welches beispielsweise in das gleiche Ventilgehäuse 13 "eingebaut
werden kann und so angeordnet ist, daß das Wasser durch die Öffnung dieses Regelventils
16 hindurchfließen muß, bevor es die Öffnungen des Ventils 15 erreicht. Um nun eine
Verminderung des Druckabfalles im Ventil 15 zu verhindern, ist es lediglich notwendig,
die Öffnungen des Ventils 16 zu vergrößern. Dies wird folgendermaßen bewirkt: In
dem mit dem Ventilgehäuse 13 verbundenen Gehäuse 41 ist eine durch Druckunterschiede
bewegbare Vorrichtung vorgesehen, die beispielsweise aus einer Art Blasebalg i9
besteht. Die Außenfläche dieser Vorrichtung ist dem Druck des Wassers in der Kammer
34 also dem Einlaßdruck des Ventils 15, ausgesetzt. Der Auslaß 37 des Ventils 15
ist durch ein Rohr a9 mit der Kammer 39 verbunden, die ihrerseits mit dem Innern
des Balges i9 in Verbindung steht. Das freie Ende des Balges ig ist mit dem Ventil
16 durch einen Hebel 17 verbunden, der auf dem Bolzen 38 sitzt. Dieser Bolzen ist
im Gehäuse 41 drehbar. Wird das Ventil 15 angehoben, so daß seine Durchlaßöffnungen
vergrößert werden, so nimmt der Druckabfall im Ventil 15 ab. Es wird daher das freie
Ende des Balges i9 gehoben, so daß das Ventil i6 nach oben bewegt wird und seine
Durchlaßöffnungen vergrößert werden. Hierdurch wird der Druck in der Kammer 34 erhöht
und der Druckabfall von der Kammer 34 zur Kammer 37 durch die Öffnungen des Ventils
15 im wesentlichen gleichgehalten. Die Durchflußöffnungen durch die Ventile z5 und
16 sind so ausgebildet, daß sich beide Ventile beim Hochgehen öffnen.
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Der im Innern des Balges i9, der mit der Auslaßseite des Ventils 15
verbunde»- ist; herrschende Druck ändert sich nicht wesentlich, da der Druck an
der Auslaßseite des Ventils 15 im wesentlichen der gleiche ist wie der Kesseldruck.
Er unterscheidet sich von ihm nur durch den Druckabfall im Rohr 31. Wenn daher der
Druck in der Kammer 34 abnimmt, so dehnt sich der Balg ig aus; hierdurch werden
die Öffnungen des Ventils 16 vergrößert, bis der Druck in der Kammer 34 wieder im
Gleichgewicht steht. Da der Innendruck des Balges i g gewöhnlich geringer ist als
der Außendruck, besteht für den Balg das Bestreben, sich zusammenzuziehen. Um dies
zu verhindern, ist ein Hebel 18 vorgesehen, der an dem innerhalb des Gehäuses 41
angeordneten Bolzen 38 befestigt ist und auf dem ein Gewicht 33 sitzt. Der Unterschied
zwischen Innen- und Außendruck am Balg i9 wird gerade durch das Gewicht 33 ausgeglichen.
Die Lage des Gewichtes 33 auf dem Hebel kann geändert werden, um die Regelvorrichtung
für den Druckabfall im Ventil 15 einzustellen.
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Es ist nun erfindungsgemäß notwendig, den Druckabfall im Speisewasserventil
entsprechend der Belastung des einzelnen Kessels zu
regeln. Bei
Anlagen aus mehreren Kesseln kennt man die Erscheinung, daß die Belastung zwischen
einzelnen Kesseln der Anlage hin und her schwankt entsprechend der eingeführten
Wassermenge. Ist in einen Kessel zuviel Wasser eingeführt, so wird die Belastung
von diesem Kessel abfallen, und entsprechend der größeren Dichte des Wassers fällt
der Wasserspiegel. In einem solchen Falle wird durch den beschriebenen Speisewasserregler
noch mehr Speisewasser eingeführt und daher die Leistung noch weiter herabgesetzt,
bis ein großer Teil der Belastung von diesem Kessel fortgenommen und auf einen anderen
Kessel übertragen worden ist. Aus diesen und anderen Gründen hat es sich als zweckmäßig
gezeigt, die Speisung des Kessels zu erhöhen, wenn die Belastung steigt, und zu
vermindern, wenn die Belastung sinkt, und zwar in größeren Verhältnissen, als dies
durch die selbsttätige Speisewasserregelung besorgt wird.
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Wenn die Belastung eines Kessels steigt, so hat der Dampfdruck in
der Hauptdampfleitung das Bestreben, abzunehmen. Beispielsweise sinkt der Druck
im Punkte 28 der Dampfleitung 27 etwas, wenn die Belastung des Kessels steigt. Um
dieses Sinken noch etwas merkbarer zu machen, wird vorzugsweise in der Dampfleitung
27 eine Dampfdrosselung 26 vorgenommen. Steigt jetzt die Belastung, so steigt auch
der Druckabfall an der Öffnung 26, und im Punkte 28 wird ein geringerer Druck herrschen.
Um diesen erhöhten Druckabfall an der Öffnung 26 auszunutzen, wird die Dampfleitung
27 durch ein Rohr 25 mit einem Gehäuse 22 derart verbunden, daß die Druckschwankungen
im Punkte 28 zum Innern des Gehäuses 22 übertragen werden. In diesem Gehäuse 22
ist ein Balg 24 vorgesehen, dessen Inneres mit der schon genannten Kammer 39 in
Verbindung steht.
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Bei Erhöhung der Belastung wird, da der Druckabfall an der Öffnung
26 wächst, der Druck in der Kammer 22 herabgesetzt, so daß der Balg 24 sich ausdehnt.
Das freie Ende des Balges 24 ist mittels eines Armes 23 mit einem im Gehäuse 22
angeordneten drehbaren Bolzen 4o verbunden, der seinerseits innerhalb des Gehäuses
mittels eines Hebels 21 und eines Gliedes 2o mit dem Hebel 18 verbunden ist. Dehnt
sich der Balg 24 aus, so wird daher der Arm 21 den Arm i8 abwärts ziehen und das
Ventil 16 weiter öffnen, bis der Druck in der Kammer 34, der auf den Balg i9 wirkt,
hoch genug ist, um das Gleichgewicht wieder herzustellen.
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Da der Durchfluß durch eine Öffnung sich mit der Quadratwurzel aus
dem Druckabfall in dieser Öffnung ändert, ist die Regelung der Speisung mit Hilfe
der Druckänderung in der Öf=fnung 15 ziemlich genau auf die entsprechende Belastungsänderung
beschränkt, da der Druck im Rohr 30 genügend hoch gehalten werden muß, damit
er den höchsten Forderungen entsprechen kann, und da es unzweckmäßig ist, diesen
Druck erheblich über den Kessel zu steigern. Die Regelung der Speisung mit Hilfe
der Druckänderung in der Öffnung 26 ist daher auf einen bestimmten Belastungsbereich
beschränkt. Für jeden anderen Belastungsbereich wird das Speisewasser durch den
Speisewasserregler geregelt.
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Das Zusammenwirken der Regeleinrichtungen soll nun kurz zusammenfassend
wiederholt werden.
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Auf den oberen Balg ig wirkt der Speisewasserdruck der Kammer 34 von
oben und sucht den Balg zusammenzudrücken. Von unten wirkt der Wasserdruck der Kammer
37, also ein um den Druckabfall durch das Ventil und die kurze Rohrleitung verminderter
Wasserdruck, auf den Balg und ist bestrebt, den Balg auszudehnen. Der Druckunterschied
ist durch das Gegengewicht 33 auf dem Hebel 18 ausgeglichen, so daß das System bei
normalem Druck sich im Gleichgewicht befindet. Jede Änderung des Wasserdrucks bewirkt
jedoch eine Änderung der Stellung des Hebels 18 und ein vermehrtes Öffnen oder Schließen
des Ventils 16.
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Auf den unteren Balg 24 wirkt von oben derselbe Wasserdruck aus dem
Raum 37. Der Druck des Gegengewichts 33 kommt jedoch nicht zu diesem Wasserdruck
hinzu, da das Gegengewicht 33 ja durch den Druckunterschied, der auf den oberen
Balg wirkt, ausgeglichen ist. Fließt nun Dampf durch die Öffnung 26, so wird ein
Druck in dem Raum 22 entstehen und von unten auf den Balg 24 drücken. Dieser Druck
ist jedoch geringer als der im Raum 39 herrschende Wasserdruck aus der Kammer 37.
Da das Gewicht 33 ausgeglichen ist, hat es keine Wirkung auf den Balg 24. Da nun
der Druck in 39 also von oben auf den Balg größer ist als von unten im Raum
22, so wird der Balg ausgedehnt, also nach unten gedrückt werden. Damit wird auch
der Hebel 21 nach unten gedrückt. Infolge der starren Verbindung dieses Hebels mit
dem Gewichtshebel 18 wird daher dieser ebenfalls nach unten gezogen und das Ventil
16 mehr geöffnet. Dadurch wird wiederum der Druck auf den Balg ig von oben erhöht,
der Hebel 18 wird wieder nach oben gezogen, und wenn der Druck auf den Balg groß
genug geworden ist, ist das Gestänge wieder im Gleichgewicht. Der Druck durch das
Ventil 15 ist jedoch gegen vorher erhöht worden. Wenn die Bälge gleich groß wären
und die Hebelübersetzung zwischen den Bälgen wäre genau dieselbe, würde eine Druckverminderung
von
beispielsweise o,5 kg/cm2 in der Kammer22 eineDruckerhöhung vono,5kg/cm2 in dem
Raum 34 erzeugen. Im Betrieb trifft dies nun nicht zu, da einmal die Hebelübersetzungen
nicht gleich sind und dann auch die Verbindungslänge 2o zwischen den Hebeln regelbar
ist, so daß bei einer Druckabnahme von 0,5 kg/cin2 im Raum 22 eine größere oder
geringere Druckzunahme als o,5 kg/em2 -erzielt werden kann. Hierbei wird der Druck
im Raum 37 als gleichbleibend und gleich dem Kesseldruck angenommen. Jede Druckabnahme
in der Kammer 22 bewirkt daher eine größere Öffnung des Ventils 16 sowie eine Erhöhung
des Druckes im Raum 34. Ist dieser Druck hoch genug geworden, ist das Ventilgestänge
wieder im Gleichgewicht.
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Durch die angegebene Speisewasserregelung wird also die Speisung gewöhnlich
mit Hilfe eines Speisewasserreglers in der üblichen Weise geregelt. Jedoch werden,
um zu verhindern, daß unerwünschte Änderungen des Druckabfalles in dem Speisewasserventil
durch diese Regelung auftreten, Mittel vorgesehen, um die Druckabfallschwankungen,
welche durch Änderungen der Öffnung des Speisewasserventils auftreten, zu verhindern.
Diese Mittel können abhängig sein von dem jeweiligen Druckabfall im Ventil selbst
und von den Druckschwankungen in der Dampfleitung des Kessels. Naturgemäß ist die
Erfindung nicht auf die besonderen dargestellten Mittel beschränkt, sondern kann
auch unter Verwendung anderer Wasserstandsreglervorrichtungen, beispielsweise- mit
Schwimmersteuerung, benutzt werden.