-
Speisewasserregler für Dampfkessel Die Nachteile der üblichen Vorrichtungen
zur Regelung der Speisewasserzufuhr bei Dampferzeugungsanlagen, welche die Speisung
in Abhängigkeit von dem Wasserstande beeinflussen, sind seit langer Zeit bekannt.
Sie bestehen im wesentlichen darin, daß dem Kessel bei großer Dampfentnahme und
infolgedessen sinkendem Wasserstand Wasser zugeführt wird, was ein Sinken der Kesselspannung
zur Folge hat, da in diesem Falle die Feuerung nicht nur der vergrößerten Dampfentnahme
Rechnung zu tragen, sondern auch den erhöhten Wärmebedarf für die Erwärmung des
zugeführten Wassers auf die Verdampfungstemperatur zu liefern hat. Diesem übelstande
suchen manche Vorrichtungen, z. B. der bekannte Copes-Regler, durch eine gewisse
Trägheit des Regelvorganges abzuhelfen. Außerdem ist vorgeschlagen worden, die Kesselspeisung
in Abhängigkeit von der Kesselbelastung derart durchzuführen, daß bei steigender
Kesselbelastung die Speisewasserzufuhr gedrosselt wird und umgekehrt.
-
Alle diese Verfahren entsprechen, wie gleichfalls bekannt ist, nicht
vollkommen den Anforderungen einer vollkommen richtigen Kesselspeisung, und zwar
aus dem einfachen Grunde nicht, weil die Speisewasserzufuhr nicht unter allen Umständen
bloß von dein Wasserstande oder bloß von der Kesselbelastung abhängig gemacht werden
darf, sondern auch der jeweiligen Stärke der Feuerung Rechnung tragen müßte, die
aber der schwankenden Dampfentnahme nicht oder zumindest nicht sogleich angepaßt
werden kann.
-
Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Speisewasserzufuhr
nur so lange der wechselnden Dampfentnahme in gleichbleibendem Verhältnis angepaßt
werden darf, als die Feuerung der wechselnden Dampfentnahme entspricht, d. 1i. die
Kesselspannung nicht sinkt, daß sie aber, selbstverständlich innerhalb einer oberen
und unteren Grenzlage des Wasserspiegels, nicht mehr im gleichbleibenden Verhältnis
zur Dampfentnahme vor sich gehen darf, wenn z_. B. bei vergrößerter Dampfentnahme
die Feuerleistung nicht mehr imstande ist, eine im gleichbleibenden Verhältnis zur
Dampfentnahme zugeführte Wassermenge unter Aufrechterhaltung der Kesselspannung
auf die Verdampfungstemperatur zu bringen. Dementsprechend besteht die vorliegende
Erfindung darin, daß die Speisewasserzufuhr sowohl von einem unter dem Einflusse
der entnommenen Dampfentnahme stehenden Regelglied als auch von einem durch den
Druck
des entnommenen Dampfes betätigten zweiten Regelglied unter gegenseitiger Beeinflussung
dieser Regelglieder derart gesteuert wird, daß die Kesselspeisung bei gleichbleibendem
Kesseldruck nur von der Dampfentnahme beeinflußt, bei sinkendem Kesseldruck jedoch,
unabhängig von der Dampfentnahme, gedrosselt wird.
-
Die Fig. i und 2 der Zeichnungen veranschaulichen in schematischer
Darstellung zwei Ausführungsbeispiele des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens
der Kesselspeisung; die Fig. 3 und 4 zeigen zwei konstruktive Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
-
In der Ausführungsform nach der Fig. i sind der Dampfkessel mit A,
die Speiseleitung mit B, das Speisewasserventil mit C und die Dampfentnahmeleitung
mit D bezeichnet. In die Entnahmeleitung D ist ein Venturirohr E. eingeschaltet,
in dem eine Regelnadel F angeordnet ist, die einen bestimmten kleinsten Durchtrittsquerschnitt
freigibt. Von der engsten Stelle des Venturirohres E führt eine Leitung G in einen
Zylinder H, in welchem ein Steuerkolben 1 verschiebbar angeordnet ist, der unter
der Wirkung einer Feder k steht und mittels der Kolbenstange I auf das Speiseventil
C einwirkt. Der an der engsten Stelle des Venturirohres E herbeigeführte, auf den
Steuerkolben I einwirkende Druckabfall hängt von der Menge und von der Spannung
des durch die Leitung E entnommenen Dampfes ab. Der Einfluß des Dampfdruckes kann
aber auf einfache Weise ausgeschaltet werden, indem der unterhalb des Kolbens I
liegende Raum mittels einer Leitung L mit der Entnahmeleitung D verbunden wird.
-
Je größer die das Venturirohr E durchfließende Dampfmenge ist, desto
größer ist die auf den Steuerkolben I einwirkende Druckverminderung. Die Verbindung
des Steuerkolbens I mit' dem Speiseventil C ist derart ausgebildet, daß einem größeren
Druckabfall ein größerer Durchtrittsquerschnitt des Speiseventils entspricht und
umgekehrt, so daß der bisher beschriebene Teil der Vorrichtung für sich allein ausschließlich
nach der Dampfentnahme regeln würde.
-
Die in dem Venturirohr E angeordnete Regelnadel F ist mittels einer
Stange M mit einem Steuerkolben N verbunden, der in einem Zylinder .P verschiebbar
ist. Der Zylinder P ist durch eine Leitung O mit der Dampfentnahmeleitung D verbunden,
während auf die andere Seite des Kolbens eine Feder R einwirkt. Die Feder R ist
derart gewählt, daß sie dem in der Dampfanlage gewünschten Betriebsdruck das Gleichgewicht
hält. Solange in der Entnahmeleitung D der gewünschte Dampfdruck herrscht, bleibt
der Steuerkolben N in Ruhe, daher auch die Regelnadel F des Venturirohres E. Die
Düsenwirkung des Venturirohres hängt daher bei unveränderter Kesselspannung ausschließlich
von der Dampfentnahme ab. Sinkt aus irgendeinem Grunde, z. B. infolge vergrößerter
Dampfentnahme; bei gleichbleibender Feuerleistung die Kesselspannung, so (lehnt
sich die Feder R aus und verschiebt den Steuerkolben N gegen die Wirkung des kleiner
gewordenen Dampfdruckes; die Regelnadel F tritt aus der engst; n Stelle des Venturirohres
E heraus und gibt einen größeren Durchtrittsquerschnitt frei, wodurch der durch
das Venturirohr bewirkte Druckabfall geringer wird. Die vergrößerte Dampfentnahme,
die für sich allein eine erhöhte Kesselspeisung zur Folge hätte, wird durch den
gesunkenen Kesseldruck ganz oder teilweise ausgeglichen, die Erhöhung der Kesselspeisung
unterbleibt daher oder es wird, je nach der Größe des Druckabfalles in der Entnahmeleitung
D, die Regelnadel F so weit aus dem Venturirohr E zurückgezogen, daß der auf den
Steuerkolben I wirkende Druck kleiner wird als die Kraft der Feder I1 und die Kesselspeisung
gedrosselt oder unterbrochen wird. Genau der gleiche Vorgang tritt ein, wenn infolge
einer geringeren Feuerleistung bei gleichbleibender Dampfentnahme der Kesseldruck
sinkt.
-
Würde die Verbindungsleitung L entfallen, so wäre die in dem Venturirohr
E bewirkte Druckverminderung auch von dem Kesseldruck abhängig. In diesem Falle
würde der Steuerkolben N gegen eine durch das V enturirohr herbeigeführte Druckverminderung
wirken, die sowohl von der Dampfentnahme als auch von dem Kesseldruck abhängig wäre.
-
Das Steuerglied N könnte auch unmittelbar auf das Speiseventil C einwirken,
und zwar im entgegengesetzten Sinne wie das Steuerglied I. Mittels eines geeigneten,
beispielsweise nach Art einer Kulissensteuerung ausgebildeten Gestänges könnte die
von dem Venturirohr E und dem Steuerorgan I bewirkte Einstellung des Speiseventils
C ganz oder teilweise aufgehoben oder aber, wenn die Speisung gänzlich eingestellt
werden soll, in die entgegengesetzte Einstellung umgekehrt werden.
-
Durch eine längere Zeit andauernde Drosselung oder Unterbrechung der
Kesselspeisung könnte -ein Unterschreiten der niedrigsten zulässigen Wasserstandshöhe
im Kessel herbeigeführt werden. Für diesen Betriebsfall ist eine Umgehungsleitung
S vorgesehen, in die ein Ventil T eingebaut ist. Dieses Ventil kann bei Erreichung
des tiefsten Wasserstan-
(los entweder vorn Kesselwärter von Hard
aus geöffnet oder aber von einem als Schwiniinerregler ausgebildeten Sicherheitsregler
betätigt werden.
-
Die Ausführungsform nach der Fig. unterscheidet sich von der nach
der Fig.i bloß dadurch, daß der Einfluß der wechselnden Fesselspannung auf den Steuerkolben
1 auf eine andere Weise ausgeschaltet wird. Das Venturirohr E ist nicht in der Entnahmeleitung
D angeordnet, sondern in einer Zweigleitung D1 hinter einem Drosselventil Z", (las
auf einen niedrigeren Druck eingestellt ist, als der niedrigste überhaupt zulässige
Kesseldruck beträgt. Durch die Zweigleitung T)1 strömt daher hinter dem Drosselventil
L' Dampf von gleichbleibendem Druck. und die hindurchfließende Dampfmenge ist bloß
von der durch die Leitung D erfolgenden Dampfentnahme abhängig. Um die zur Betätigung
des Speiseventils C dienende Danipfinenge, die sehr gering sein kann, auszunutzen,
wird diese Teildampfinenge in einem Röhrenvorwärmer I' zur Vorwärmung des Fesselspeisewassers
verwendet. Iin übrigen ist die Ausgestaltung und die Wirkung der Vorrichtung-die
gleiche wie bei der Ausführungsform nach der Fig. i, nur fehlt die Verbindungsleitung
I_.
-
Die Fig. 3 der Zeichnung stellt eine Ausführungsform der Erfindung
dar, die auf (lein gleichen Gedanken beruht wie die nach der Fig. i. Die Druckverminderung
oder @.'enttiriwirlcung wird aber nicht durch die übliche Verengung und Erweiterung
eines Rohres erzielt, sondern dadurch, daß in bekannter Weise in einem zvlindrischen
Rohrstück a., das in die Dampfentnahmeleitung d eingeschaltet ist, ein Drehkörper
b angeordnet ist, der die aufeinanderfolgenden Durchtrittsquerschnitte auf die gleiche
Weise zunächst allmählich verkleinert und dann vergrößert, ivie es bei einem gewöhnlichen
Venturirohr durch die übliche Formgebung der Fall ist. Der von dem zylindrischen
Rohr a und dem als Drehkörper b gebildete Ringraum ei entspricht somit vollkommen
dem V enturirolir E bei den Ausführungsformen nach den Fig. i und 2 und wird auch
itri folgenden einfach als Venturirohr bezeichnet. \eben dem zylindrischen Rohr
d und vorzugsweise mit diesem aus einem Stück hergestellt sind zwei kleinere Zylinder
la und p angeordnet, in denen die Steuerkolben i und ,t. verschiebbar sind, die
den Steuerkolben 1 und Y der ersten Ausführungsformen entsprechen. Der Kolben i.
steht durch die C ifnung g einerseits unter der Wirkung des im Venturirohr e herbeigeführten
Druckabfalles, andererseits durch die Öffnung l unter dem Druck des Dampfes, so
daß er mittels der auf das (nicht dargestellte) Speiseventil wirkenden Kolbenstange
j die Kesselspeisung ausschließlich entsprechend der Dampfentnahme regelt. Der Steuerkolben
rz steht einerseits unter der Wirkung einer Feder r, andererseits durch die Öffnung
q unter dein Kesseldruck und ist mittels eines Gestänges aa mit dem Drehkörper b
verbunden, der auf einer Spindel w verschiebbar ist. Durch die N'erschiebung des
Drehkörpers b wandert die engste Stelle ei des Venturirohres e und je nach der Lage
dieser engsten Stelle in bezug auf die Öffnung g wirkt auf den Steuerkolben i ein
größerer oder kleinerer Druckabfall.
-
Die Wirkungsweise der Ausführungsform nach der Fig. 3 ist genau die
gleiche wie die nach der Fig. i. Solange der Dampfdruck gleichbleibend ist, bleibt
der Drehkörper b in Ruhe, und der von dem Venturir ohr e erzeugte Druckabfall hängt
ausschließlich voll der Dampfentnahme ab. Sinkt die Kesselspannung, so verschiebt
der Steuerkolben n mittels des Gestänges ni den Drehkörper (in der Zeichnung nach
links), die engste Stelle ei des Venturirohres e entfernt sich von der Offnung g,
und der auf dein Steuerkolben i wirkende Druckabfall wird geringer, der Steuerkolben
i wird von der Feder k verschoben und drosselt oder schließt das Speiseventil.
-
Die Vorrichtung nach der Fig. 3 gewährt die Vorteile, daß sie viel
leichter und billiger herstellbar ist als ein gewöhnliches Venturirohr und daß die
Regelnadel F überflüssig wird. Die Venturiv orrichtung kann mit den beiden auf das
Speiseventil wirkenden Regelgliedern h, i und p, zz leicht als ein fertiges
Rohrstück hergestellt und braucht bloß in die Dampfentnahmeleitung eingebaut zu
werden.
-
Ein weiterer Vorteil der Ausführungsform nach der Fig. 3 besteht darin,
daß diese Vorrichtung auf sehr einfache Weise auch als Temperaturregler ausgebildet
werden kann, indem auf die Spindel w ein Rohrstück x geschoben wird,
das aus einem Metall mit großer Ausdehnungszahl besteht. Die engste Stelle ei des
Venturirohres e befindet sich bei normalem Betrieb des Kessels nicht genau gegenüber
der Öffnung g, sondern ist in Bezug auf diese Öffnung um den Betrag y vei -setzt.
Steigt die Dampftemperatur aus irgendeinem Grunde über jene Höhe, die mit Rücksicht
auf den nachgeschalteten Überhitzer. und die Kraftmaschine zulässig oder zweckmäßig,.
ist, so dehnt sich das Rohr -
aus und drckt den Drehkörper b gegen die Wirkung
der Feder r nach rechts, so daß sich die engste Stelle ei des Venturirohres e der
Offnung g nähert und der auf den Steuerkolben einwirkende Druckabfall größer wird,
was
erhöhte Kesselspeisung und infolgedessen eine Herabsetzung der Dampftemperatur zur
Folge hat. Dieser Betriebsfall tritt namentlich beim Übergang von einer längere
Zeit andauernden Überlastung des Kessels auf normale Belastung ein; während der
überlastung mußte die Feuerung verstärkt werden und wirkt nun nach bereits eingetretener
normaler Belastung oder Unterbelastung längere Zeit nach. Der Kesseldruck erreicht
sogleich die normale Höhe, das Steuerglied n führt den Drehkörper b in die übliche
Lage zurück und das Steuerglied i stellt das Speiseventil der Dampfentnahme entsprechend
ein, so daß der während der Überlastung gesunkene tiefe Wasserstand bei noch nachwirkender
verstärkter Feuerung erhalten bliebe und eine Erhöhung der Dampftemperatur zur Folge
hätte. Das Ausdehnungsrohr x drückt nun den Drehkörper b entgegen der Wirkung der
Feder r nach rechts und stellt eine Druckverminderung in dem Zylinder h ein, welcher
einer größeren Dampfentnahme entspricht als tatsächlich stattfindet, und stellt
eine erhöhte Kesselspeisung ein. Auf diese Weise wird der Kessel nach der Überlastung
rasch aufgefüllt, was mit Rücksicht auf die geringere Dampfentnahme und die Nachwirkung
der verstärkten Heizung auch zweckmäßig ist.
-
Die übliche Wirkung der Steuerglieder p" ;t, r wird durch das
Ausdehnungsrohr x
nicht verhindert, weil bei steigender Kesselbelastung und
sinkendem Dampfdruck auch die Dampftemperatur abnimmt und ein Zusammenziehen des
Rohres x zur Folge hat.
-
Die Ausgestaltung der Venturivorrichtung nach der Fig. 3 ist nicht
bloß im Rahmen der vorliegenden Erfindung zweckmäßig, sondern kann in allen Fällen
das übliche Venturirohr ersetzen, z. B. auch bei den bekannten Venturidampfmessern.
-
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung sind
in der Dampfentnahmeleitung bewegliche Teile angeordnet, was mit Rücksicht auf die
Möglichkeit der Lockerung und Loslösung und dadurch herbeigeführte Betriebsstörungen
unerwünscht sein kann. Bei der Ausführungsform nach der Fig. ,4 werden in der Dampfentnahmeleitung
angeordnete Teile dadurch vermieden, daß das von der jeweiligen Dampfentnahme abhängige
Steuerglied das Speiseventil durch Vermittlung eines verstellbaren Zwischengliedes
beeinflußt, welches durch den jeweiligen Kesseldruck betätigt wird.
-
Ebenso wie bei den Ausführungsformen nach den Fig. i und 2 ist in
die Dampfentnahmeleitung D ein Venturirohr E eingeschaltet, von dessen engster Stelle
eine Leitung G abzweigt und in einen Zylinder H mündet, in welchem ein Steuerkolben
I verschiebbar angeordnet ist. Der an der engsten Stelle des Venturirohres E herbeigeführte,
auf den Steuerkolben I einwirkende Druckabfall hängt von der Menge und von dem Druck
des durch die Leitung D entnommenen Dampfes ab. Der Einfluß des Dampfdruckes wird
aber ausgeschaltet, indem der unterhalb des Kolbens I liegende Raum mittels einer
Leitung L mit der Entnahmeleitung D verbunden wird. je größer die
das Venturirohr E durchfließende Dampfmenge ist, desto größer ist die auf den SteuerkolbenI
einwirkende Druckverminderung. Wenn die Kolbenstange j1 des Steuerkolbens I unmittelbar
auf das (nicht dargestellte) Speiseventil einwirken würde, so würde der bisher beschriebene
Teil der Vorrichtung für sich allein die Speisewasserzufuhr ausschließlich nach
der Entnahmemenge regeln.
-
An den Zylinder H schließt sich ein Zylinder F an, in welchem zwei
Kolben Ni und N2 verschiebbar sind, zwischen denen eine Schraubenfeder R1 angeordnet
ist. Zur besseren Führung ist der Kolben N1 mit einem zylindrischen Fortsatz n1
versehen, in den ein zylindrischer Führungsfortsatz n2 des Kolbens N2 hineinragt.
Der Kolben Ni ist durch eine Kolbenstange j1 mit dem Hauptkolben I verbunden, während
der zweite Kolben N2 mittels einer Kolbenstange j2 gegen die Wirkung einer Feder
K1 das (nicht dargestellte) Speiseventil bewegt. Der Raum zwischen den beiden Kolben
Ni und 14T2 ist durch öffnungen f und f1 mit der Außenluft verbunden, während der
Raum unterhalb des Kolbens N2 durch ein Rohr 0 mit der Dampfentnahmeleitung D in
Verbindung steht. Die Feder R1 ist derart bemessen, daß sie dem gewünschten Betriebsdruck
der Dampfanlage das Gleichgewicht hält.
-
Solange in der Entnahmeleitung D der gewünschte Betriebsdruck herrscht,
bleibt auch der auf die Kolben Ni, N2 einwirkende Druck, welchem die Feder R1 das
Gleichgewicht hält, unverändert, die Kolben Ni und N2 verbleiben in der gleichen
gegenseitigen Lage, und auf das Speiseventil wirken bloß die Verschiebungen des
Kolbens I ein. Bei einer vergrößerten Dampfentnahme, welcher die Feuerung jedoch
nachkommt, bewirkt das V enturirohr E im Raume oberhalb des Steuerkolbens I eine
weitere Druckverminderung, die Feder R1 hebt das iri seiner zueinander unveränderten
Lage bleibende Kolbensystem N2, Ni, I und stellt einen größeren Durchtrittsquerschni.tt
des Speiseventils ein. Der umgekehrte Vorgang findet bei sinkender Dampfentnahme
und bei entsprechend verminderter Feuerleistung statt. Sinkt jedoch der Dampfdruck
in der Entnahmeleitung D
atts irgendeinem Grunde, z. B. infolge
vergrößerter Dampfentnahme bei gleichbleibender Feuerleistung, so dehnt sich die
Feder K, aus und drückt die Kolben Ni und N= auseinander. Infolge des Gewichtes
der Kolben I, A-, und N. sowie der Wahl einer größeren Masse und eines größeren
Reibungswiderstandes für den Kolben I wird hierbei der Kolben .T= nach unten geschoben,
wodurch das Speiseventil gedrosselt wird. Der Ein-e> der vergrößerten Dampfentnahme,
der für sich allein ein Senken des Steuerkolbens 1 bewirken und eine erhöhte Kesselspeisung
einstellen würde, wird durch die entgegengesetzte Verstellung des Kolbens N., die
von dein gesunkenen Dampfdruck bewirkt wird, ganz oder teilweise ausgeglichen. Die
Erhöhung der Kesselspeisung unterbleibt daher entweder gänzlich, oder die Kesselspeisung
wird, j e nach der Größe des Druckabfalles in der Entnahmeleitung D, gedrosselt
oder unterbrochen. Genau der gleiche Vorgang tritt ein, wenn infolge sinkender Feuerleistung
bei gleichbleibender bzw. nicht in dem gleichen Maße sinkender Dampfentnahme die
Kesselspeisung sinkt.
-
Da bei der beschriebenen Vorrichtung im Gegensatz zu der Einrichtung
nach den Fig. i bis 3 das von der schwankenden Kesselspannung beeinflußte Regelglied
A-1, N,-- keine Änderung der Düsenwirkung herbeiführt und die Düsenwirkung unverändert
bleibt, kann an Stelle eines Venturiröbres E ein anderer Teil zur Druckverminderung
verwendet werden, beispielsweise eine Stauscheibe oder ein Drosselflansch. Aus dem
gleichen Grunde kann an die Stelle des aus dem Venturirohr E und dem von diesem
beeinflußten Steuerkolben I eine beliebige andere Mengenmeßvorrichtung treten, die
die Speisezufuhr bloß in Abhängigkeit von der Dampfentnahme regelt. Im Sinne der
vorliegenden Erfindung wird zwischen diese Dampfmengenmeßvorrichtung und das an
das Speiseventil angreifende Gestänge genau die gleiche aus den Kolben Ni, N., und
dazwischen angeordneter Feder R, bestehende von dem Kesseldruck beeinflußte Regelvorrichtung
eingeschaltet.
-
Ebenso wie auf das Speiseventil können bei Kessel speisungen mit durch
Drehstroniniotoren angetriebenen Kreiselpumpen die beiden sich gegenseitig beeinflussenden
Steuerglieder I und N1 und N. unmittelbar atif den Pumpenschieber einwirken, um
den von der Pumpe zu überwindenden Widerstand durch Zuschaltung eines Drosselwiderstandes
bei sinkender Kesselspannung gleichbleibend zu halten und eine schädliche Mehrspeisung
hintanzuhalten.
-
Das unter der Einwirkung des Kesseldruckes stehende Kolbensystem Ni
und N. mit dazwischengeschalteter Druckfeder R1 (Fig. 4) bildet somit ein in das
Antriebsgestänge für das Speiseventil eingeschaltetes elastisches Glied, welches
bei Einhaltung des gewünschten Kesseldruckes unwirksam bleibt und die Regelung der
Speisewasserzufuhr dem Einflusse der schwankenden Dampfentnahme überläßt, bei gleichbleibender
Dampfentnahme das Speiseventil in Abhängigkeit von dem jeweiligen Kesseldruck bewegt
und bei gleichzeitiger Änderung der Dampfentnahme und des Kesseldruckes, je nach
der Richtung und der Größe dieser Änderungen, die durch die schwankende Dampfentnahme
bewirkten Steuerausschläge vergrößert, sie teilweise oder ganz aufhebt oder sogar
überkompensiert.