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Automatische Leistungsregulierung von Verdampfanlagen, insbesondere
für die Zuckerindustrie, durch Steuerung des Heizdampfes Die Erfindung bezieht sich
atzt automatische Leistungsregulierung von Verdampfanlagen, insbesondere für die
Zuckerindustrie. Bei derartigen Anlagen pflegt man eine Anzahl von Verdampferkörpern
hiniereinanderzuschalten und den Dünnsaft der Reihe nach durch diese Verdampferkörper
hindurchzuführen. Der erste Verdarnpferkörper wird gewöhnlich mit Frischdampf oder
auch mit dem Abdampf einer Kraftanlage beheizt, während die folgenden Verdampferkörper
mit dem Brüdendampf der je-
weils vorhergehenden Verdampferkörper beheizt
werden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein automatisches Regelverfahren,
durch welches eine für die weitere Verarbeitun- des Dicksaftes erforderliche gleichbleibende
Konzentration des Dicksaftes gewährleistet wird, unabhängig von den Schwankungen
iin Zufluß des Dünnsaftes und gegebenenfalls auch unabhängig von etwaigen Konzentrationsschwankungen
desselben.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen in der kombinierten Anwendung
der Impulse aus der Strömung des zugeführten Dünnsaftes und der entwickelten Brüden
zur Steuerung des fieizdanipfes. Es ist ersichtlich, daß durch eine derartige Regelung
ein Dicksaft deichbleibender Konzentration erhalten wer-(len kann, da ja erreicht
wird, daß, unalr häugig von den Schwankungen des Dünnsaftzutlusses, stets der gleichen
Dünnsaftmenge die gleiche Menge Brüdendampf, also die gleiche Wasserinenge, entzogen
wird. Da aber die Dünnsaftkonzentration unvermeidlichen Schwankungen unterworfen
ist, so wird das neue Verfahren dadurch weiter verv ollkominnet, daß von der Dünnsaftkonzentration
ein weiterer Impuls abgeleitet wird, welcher das Verhältnis des Dünnsaftzuflusses
zu der Brüdendampfentnahme entsprechend der Konzentration einstellt.
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Diese neue Art der Regelung gewährleistet bereits einen Dicksaft sehr
gleichmäßiger Konzentration. Trotzdem können noch durch schwer kontrollierbare Einflüsse,
beispielsweise durch Undichtigkeiten in der Dampfzuführung oder andere Einflüsse,
geringe Schwankungen des Dicksaftes auftreten. Um auch diesen Rechnung zu tragen,
wird es meist vorteilhaft sein, auch von der Konzentration des Dicksaftes einen
weiteren Impuls abzuleiten, welcher ebenfalls korrigierend auf das Verhältnis voll
Dünnsaftzufluß zur Brü.-dendampfentnahme einwirkt.
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Es sind bereits Regelvorrichtungen für Verdampfungsanlagen der in
Frage stehenclen Art bekannt. Entweder hat man versucht. durch die Regelvorrichtungen
ein Leerwerden der Verdampferkörper bei mangelnder Überwachung zu verhindern, wobei
man die Konzentration des Endproduktes gar nicht beachtet hat. Man hat indessen
auch versucht, die Konzentration des Endproduktes zu überwachen, doch hat man sich
zu diesem Zweck begnügt, entweder den Dampfdruck zu regeln
oder
die Beheizung der Verdampferkörper nach der Konzentration des Dicksaftes einzustellen.
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Nach diesen bekannten Verfahren kann s elb,tverständlich die erwünschte
Gleichmäßigkeit der Konzentration des Endproduktes nicht erreicht werden, denn der
Dampftruck des Heizdampfes bildet kein zuverlässiges Maß für die Konzentration des
Dicksaftes. Wird aber der Regelimpuls einzig und allein von der Konzentration des
Endproduktes abgeleitet, so muß die Regelung notwendig mit erheblicher Verzögerung
nachhinken, da sie ja erst auf den neu zufließenden Saft einwirken kann. Bei keiner
der bekannten Einrichtungen ist dagegen der Vorschlag verwirklicht. durch kombinierte
Anwendung der Impulse aus der Strömung des zugeführten Dünnsaftes und der entwickelten
Brüden dafür zu sorgen, daß bei veränderlichem Dünnsaftzufluß eine stets gleichbleibende
Endkonzentration des Dicksaftes erzielt wird.
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Die "Zeichnung zeigt schematisch eine beispielsweise Ausführungsform
der Erfindung. In der Zeichnung sind 1, a, 3 und 4. vier hintereinandergeschaltete
Verdampfungskörper. Der Dünnsaft, insbesondere also eine dünne Zuckerlösung, fließt
durch die Leitung 5 zu und gelangt zuerst in den Verdampfkörper i. Dieser Verdampfkörper
wird mit Frischdampf geheizt, welcher durch die Leitung 6 zuströmt, oder auch durch
Abdampf, welcher durch die Leitung 7 zugeführt wird. Die Dampfzuführungsleitung
ist mit einem in (las .Freie auspustenden Sicherheitsventil 8 versehen. Die in dem
Verdampfer i erzeugten Brüden fließen durch die Leitung 9, die ebenfalls wieder
mit einem Sicherheitsventil ro versehen ist, ab und werden durch eine Leitung i
i nach dem Verdampferkörper 2 geführt, um diesen zu beheizen. Eine Zweigleitung
12, die von der Leitung 9 abzweigt, dient dazu, einen Teil des durch die Leitung
9 -zuströmenden Brüdendampfes unmittelbar weiterzuleiten. Diese Zweigleitung 12
kann durch ein Ventil 13 gesteuert werden.
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Der verdickte Dünnsaft fließt durch die Leitung 14. in den zweiten
Verdampfer und von diesem durch die Leitung i _# in den dritten Verdampfer 3. Der
Brüdendampf des zweiten Verdampfers fließt durch die Leitung 16 ab, mischt sich
mit dem durch die Leitung 1:2 aus dem ersten Verdampfer abströmenden Dampf und gelangt
in eine Leitung, welche einen "Zweig 1; besitzt, der dein Verdampfer 3 den Heizdampf
zuführt, und einen Zweig 15, welcher einen Teil der Dämpfe weiterführt, so daß sie
über ein Ventil i9 in eine Leitung 2o gelangen. Hier vereinigt sich der abströmende
Danipf zusammen finit den aus dein dritten Behälter aufsteigenden, durch die Leitung
21 fließenden Brüdend:iiiipfen, und dieser vereinigte Brüdendarnpf strömt durch
die Leitung 22 nach dem Verdampfer .4, um diesen zu beheizen. Der Brüdendampf aus
dem letzten Behälter 4 wird dann durch die Leitung 23 nach einem Kondensator abgeführt.
Die Absperr- oder Drosselorgane 13 und io sind zu gemeinsamer Betätigung durch eine
Stange 24 miteinander verbunden, derart, daß durch Heben oder Senken dieser Stange
die beiden Abschluß- odef Drosselorgane geöffnet oder geschlossen werden. Die Bewegung
der Sttinge 24. geschieht durch einen Öl- oder Druckluftzylinder 25, dessen Kolben
unter Vermittlung eines geeigneten Gestänges mit der Stange 24. verbunden ist. In
der Leitung 22 ist dann noch ein Abcperr- oder Drosselventil 20 vorgesehen,
welches unter Vermittlung eines Gestänges von einem Öl- oder 1)ruckluftzylinder
27 gesteuert wird. Die Öl-oder Druckluftzuleitungen zu diesen beiden Steuerzylindern
25 und 27 sind in strich-- punktierten Linien dargestellt.
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Die beiden Kolben 25 und 27 sind so eingerichtet, daß sie in Abhängigkeit
voneinander gesteuert werden Gewöhnlich ist (las Ventil 26 geschlossen und der Kolben
des Zylinders z j in der gezeichneten obersten Stellung. Für den Fall, daß eine
Drosselung der Dampfzufuhr stattfinden soll, strömt ein Druckmittel durch die noch
näher zu beschreibende Steuervorrichtung durch die Leitung -2S in den Zylinder 25
und bewegt den Kolben dieses Zylinders abwärts. Erst wenn der Kolben seine unterste
Stellung erreicht hat, kann das '=Mittel auch weiter durch die Leitung 29 über den
Kolben in den Zylinder a7 treten und das Ventil26 öffnen. Beim Fliel:ien des Druckmittels
in der umgekehrten Richtung geht es durch die Leitung 30 in den Zylinder
27 und schließt zunächst das Ventil 2() durch Hochdrücken des Kolbens, bis er die
in der Zeichnung dargestellte Stellung erreicht hat. Dann kann es durch die Leitung
31 weiter unter den Kolben in den Zylinder 25 treten und diesen durch Anheben um
die Drosselorgane 13 und i9 allmählich öffnen.
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In die Dünnsaftleitung _# ist nun ein Staurand o. dgl. eingesetzt,
und von den beiden Seiten des Staurandes sind Zweigleitungen 32, 33 nach den beiden
Seiten einer 1leßdose 34 geführt, die entsprechend dem Differenzdrück zu den beiden
Seiten des Staurandes ein Strahlrohr 35 in der einen Richtung bewegt Dieses Strahlrohr
wird in an sich bekannter Weise von Druckluft durchflossen, die durch die Leitung
36 zugeführt wir(' und ständig an der Spitze des Strahlrohrs ausströmt. Dieser Spitze
des ' Strahlrohrs 35 gegenüber liegt eine Diise 37, in welche die Luft je
nach der Stellung des Strahlrohrs in
größerer oder geringerer Menge
einfließt. Die Luft fließt dann durch die Leitung 38, in welche wiederum
ein Staurand eingebaut ist, von dessen beiden Seiten Leitungen nach den hainniern
einer Meßdose 39 abzweigen, und der Differenzdruck an der 'Membran dieser 11el3dose
39 wirkt auf Rückstellung des Strahlrohrs 35. Min übrigen geht die in die
Leit1iiig 38 eingeblasene l.tiftnienge durch eine l@apillarpatrone 4o hindurch.
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Der von dem Staurand in der Leitung 5 durch die Leitung 32, 33 abgenommene,
auf die Membran der Dosen 3.4, 35 wirkende Differenzdruck Dpi ist aber proportional
dem Quadrat des durch den Staurand hindurchgelleilden Dünnsaftzuflusses, andererseits
ist der auf die Nleinbran der Dose 39 wirkende, von clem Staurand in der Leitung
38 abgenotninene Differenzdruck Dp= proportional dem Quadrat des durch diesen Staurand
hindurchgehenden, von dein Strahlrohr 35 der l.Oittill<" 38 -zugeführten Druckmittelzuflusses.
Da sich das Strahlrohr 35 unter der beider-.eitigen \\"irI:ung der Differenzdrucke
Dpi und Dr= in eine Gleichgewichtslage einstellt, so ist also Dpi proportional Dp.=
und daher (las Quadrat des durch den Staurand in der Leitung 5 hindurchgehenden
Dünnsaftzuflusses proportional dein Quadrat des durch den Staurand in der Leitung
38 hindurchgehenden 1)ruckinittelzuflusses. Infolgedessen ist auch in jedem Augenblick
der durch die Leitung 38 hindurchgehende Druckmittelzufluß proportional (lein (lein
Verdampferkörper i zugeführten Dünnsaftzufluß. Der durch die Leituni; 38 hindurchgehende
Druckinittelzufluß erzeugt an der Kapillarpatrone 40 einen Differenzdruck Dps, welcher
zufolge der Kapillarpatrotieneigenschaft linear proportional dein durch die Kapillarpatrone
-hindurchgehenden I# luß ist. Infolgedessen ist dieser Differenzdruck, welcher auf
die Membran in der Dose 59 wirkt, in jedem Augenblick direkt proportional dem dem
Verdanipferkörper i zu.strömenden Dünnsaftzufluß.
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Xlinliche Druckwandler, wie soeben für die Dünnsaftleitung beschrieben,
sind auch an den vier Brüdendanipfleitungen 9, 16, 21 und vorhanden. In jede dieser
Leitung ist ein Staurand eingesetzt, und die von den beiden Seiten dieser Stauränder
abgezweigten, durch gestrichelte Linien in der Zeichnung dargestellten Leitungen
führen zu Meßdosen .a.i bis 44. Die Differenzdrucke wirken auf Strahlrohre .I5 bis
48 ein. denen durch dieselbe Leitung 3h Druckluft zugeführt werden kann;. und die
durch die einzelnen Druckwandler erzeugten Luftmengen werden durch Meßdosen 49 bis
52 zur Einwirkung auf die Strahlrohre in entgegengesetzter Richtung gebracht. Die
Luftinetigen \verden (tann durch die Leitun-;3 bis 5(i in einer gemeinsamen Leitung
57 vereinigt und ihre Summe durch eine Kapillarpatrone 58 hindurchgeführt, so daß
man von dieser Kapillarpatrone einen Differenzdruck abnehmen kann, welcher der durch
(lie Leitungen 53 bis 56 insgesamt hindurchfließenden Luftmenge linear proportional
ist. Die aus den Kapillarpatronen .4o und 58 abgenommenen Differenzdrücke wirken
wiederum auf Meßdosen 59 und 6o, deren Membranen auf zwei Hebel 61 und 62 einwirken,
die schwenkbar angeordnet sind. Diese beiden Hebel 61 und 62 legen sich unter Zwischenschaltung
von Schiebern oder Rollen 63 und 6-t gegen ein Strahlrohr 65, welches den \lündtingen
der beiden Leitungen 28 und 3o gegenüberliegt, so daß das durch die Leitung 66 zugefiihrteDruckmittel
je nach derStellung des Strahlrohrs 6; mehr oder weniger in die Leitung 28 oder
30 übertritt und dadurch in der oben angegebenen Weise die Kolben in den
Zvlindern --,5 und 27 betätigt. Auf (las Strahlrohr 05 wirkt demnach auf
der einen Seite ein Impuls, welcher dem augenblicklichen Dünnsaftzufluß, auf der
anderen Seite ein Impuls, ,welcher der augenblicklichen Gosamtbrüdendampfentnahme
proportional ist. Das Strahlrohr bewirkt daher, wenn zunächst von den Schiebern
63, 64 abgesehen wird. eine Regelung in der Weise, daß in jedem Augenblick das Verhältnis
zwischen Dünttsaftzufluß und Gesamtbriidendampfentnahnie konstant bleibt.
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Von der Dünnsaftleitung 5 zweigt eine Leitung 67 ab, welche nach einem
Schwiniinergefäß 68 führt. Der in diesem Gefäß angeordnete Schwimmer 6c) bewegt
je nach der Konzentration des Dünnsaftes, also je nach seiner Stellung in dein Gefäß
68, ein Seil o. dgl. 7o nach der einen oder anderen Richtung. Dieses Seil
70 greift an den Schieber oder der Rolle 63 an und verschiebt diese in der
einen oder anderen Richtung, wodurch das Übersetzungsverhältnis zwischen dein Hebel
61 und dem Strahlrohr 65 geändert wird. Mit diesem Übersetzungsverhältnis ändert
sich auch das Verhältnis der Einwirkung der Diinnsaftmenge zur Dampfmenge entsprechend
der Konzentration des Dünnsaftes.
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Auch von der Dicksaftleitung 71 führt eine Zweigleitung 72
nach einem Schwimmergefäll 3, dessen Schwimmer 74 an einem Winkelliebel 75 anfallt,
der durch ein Gegengewicht ausgeglichen ist. Der freie Arm dieses Winkelliebels
ist durch einen Lenker 76 mit einem Strahlrohr 77 in Verbindung. Entgegen wirkt
dem Lenker 76 eine Feder 78. Das Strahlrohr erhält Druckluft aus der Leitung O6,
in welche zum An- und Abschalten des Strahlrohrs 7 7 ein Hahn 79 eingeschaltet
ist.
Je nach der Konzentration des Dicksaftes wird das Strahlrohr
mehr oder weniger den Mündungen der beiden durch strichpuliktierte Linien angedeuteten
Leitungen 8o bzw. 81 gegenüberstehen und dadurch eine Druckänderung auf den beiden
Seiten des im Zylinder 8a vorgesehenen Kolbens bewirken. Der Kolben faßt wiederum
an der Rolle oder dem Schieber 64 an und stellt das Übersetzungsverhältnis zwischen
dem Hebel 62 und dem Strahlrohr 65 ein. so daß also das Verhältnis zwischen - Dünnsaftinenge
und Dampfmenge auch nach der Konzentration des Dicksaftes geregelt wird.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist demnach folgende: Solange die
Konzentration des Dünnsaftes und der Dünnsaftzufluß gleich bleiben, arbeitet die
Einrichtung in der üblichen Weise. Die Ventile, welche für den Heizdampfzu-und -abfluß
zu den einzelnen Verdainpferkörpern maßgebend sind, werden in bestimmter Stellung
gehalten. Das Ventil 26 pflegt dabei geschlossen zu sein, so daß kein Heizdampf
in den vierten Verdampferkörper .I gelangen kann, durch den die Saftlösung ohne
weitere Verdickung einfach hindurchfließt. Die Ventile 13 und 19 sind dabei dem
Dampfbedarf der Verdampfergefäße 2 und 3 entsprechend eingestellt, derart, daß sie
von dem von dem Verdampferkörper 1 abfließenden Brüden-. dampf gerade so viel fortführen,
daß für die Gefäße 2 und 3 genügend Heizdampf übrigbleibt.
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Ändert sich jetzt der Dünnsaftzufluß. vergrößert er sich beispielsweise,
so steigt die Druckdifferenz an dem Staurand der Leitung 5, die von der Meinbrandose
34. auf das Strahlrohr 35 ausgeübte Kraft wird stärker, so daß dasselbe nach -rechts
ausschlägt. Dadurch wird der Düse 37 mehr Druckluft zugeführt, der Differenzdruck
an dem Staurand in der Leitung 38 steigt ebenfalls und sucht das Strahlrohr 35 zurückzustellen.
Im ganzen wird der Druckmittelzufluß durch die Leitung 38 stärker, infolgedessen
auch der Differenzdruck an der Kapillarpatrone 4o, so daß auf das Strahlrohr 65
- ebenfalls ein stärkerer Druck ausgeübt wird, so daß dasselbe nach rechts ausschlägt.
Dadurch entsteht in der Leitung 28 und daher oberhalb des Kolbens in dem Zylinder
:25 ein stärkerer Druck, die Ventile 13 und 19 schließen sich mehr, es kann daher
weniger Brüdendampf unmittelbar abströmen, der Brüdendämpfzufluß zu dein Verdampferbehälter
verstärkt sich, und die Heizung verstärkt sich ebenfalls. Zufolge der gesteigerten
Beheizung steigt die Brüdendampfentnahme in jedem Verdampferkörper. Die Gesamtsumme
der Brüdendampfent-..naliine wird in der hIeßdose (io wirksam und bewirkt eine Rückstellung
des Strahlrohres (i5. Letzteres spielt daher in eine neue Gleichgewichtslage ein,
bei der die voll den Mernbrandosen 59 und (io auf dasselbe ausgeübten Kräfte im
gleichen Verhältnis zueinander stehen wie zuvor, so daß also auch der Dünnsaftzufluß
zu der Gesamtbrüdendampfentnahme im gleichen Verhältnis steht wie vorher. Schließen
sich zufolge weiterer Steigerung des Dünnsaftzuflusses die Ventile 13 und 19 vollständig,-
so wird bei noch stärkerem Anstieg des Dünnsaftzuflusses durch die gleiche Vorrichtung
im Anschluß an das Schließen der Ventile 13 und 19 das Ventil 2(i geöffnet, so daß
jetzt auch noch der vierte Behälter eingeschaltet wird.
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Bei einer Änderung der Dünnsaftkonzentration verstellt sich, wie oben
angegeben, der Schieber 63. Danach wird eine Änderung des Verhältnisses zwischen
Dünnsaftzufluß und Brüdendampfentnahme bewirkt, durch welche die Änderung der Dünnsaftkonzentration
ausgeglichen wird.
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Obwohl durch das beschriebene Regelverfahren bereits ein Dicksaft
von sehr gleichmäßiger Konzentration geliefert wird, so können doch, wie oben erwähnt,
durch unvorliergesehene Verhältnisse Störungen eintreten. Es ist daher vorteilhaft,
auch noch von der Dicksaftkonzentration einen Korrekturimpuls abzuleiten, doch wird
man diesen Korrekturimpuls nicht ständig, sondern in zweckentsprechend bestimmten
regelmäßigen Zeitabständen wirken lassen. Zu dem Zweck kann in der Druckmittelleitung
66 ein Hahn 79 vorgesehen sein, welcher durch einen Zeitschalter selbsttätig
in den zweckentsprechenden bestimmten Zeitabständen geöffnet wird.
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Die Einrichtung kann nach verschiedener Richtung hin auch noch weiter
ausgebaut werden. So könnte man natürlich die Steuerung auch auf ein weiteres Ventil
oder ein Drosselorgan ausdehnen, welches man in die Dampfzuleitung zu dein ersten
V erdainpferkörper einbauen kann. Ferner braucht man auch dieses soeben erwähnte
Ventil, ferner die Ventile 13 und 1g nicht gleichmäßig und gleichzeitig zu steuern,
sondern man kann' sie auch der Reihe nach hintereinander oder in beliebigem verschiedenem
Maße schließen bzw. öffnen, wenn der Regelvorgang beginnt, ebenso wie natürlich
die Einrichtung nicht auf die Anordnung @-on vier Verdanipferkörpern beschränkt
ist, sondern diese Zahl sich dem jeweiligen Zweck entsprechend ändern kann. Die
Schaltung kann auch so eingerichtet sein, daß durch die Überströniventile 13 bzw.
19 nicht nur ein, sondern gegebenenfalls mehrere Verdampferkörper überbrückt werden.
In besonderen. Fällen kann dadurch die Anordnung vereinfacht
| tXtrden. Div l:illtvirktilig (sei- i )iinnsaftkoll- |
| ientration kann abweic liend t-on cltr dar-e- |
| acllten Ausfiihrtuigs form aticli in zier Weise |
| @escllehen, daß voll der 1lauptltitung eilt Teil- |
| >troni abgenommen wird, der auf eine nied- |
| rig( konstante Temperatur ab- kühlt wir@I |
| und toll dieselst Teilstrom der lnipuls erzeugt |
| wird. Der Teilstroh kann dann wieder dein |
| Ilauptstroin zugesetzt werden. und es werdeil |
| auf diese «"eise :Änderungen des >pezifischen |
| Gewichtes durch Tenil>erltttir#ciiwanlctnigen |
| vermieden. Auch sollst kann itie Anlage |
| konstruktiv in beliebiger anderer «eise aus- |
| gebildet werden. \1a11 scann also auch all |
| Stelle der dargestellten Druckwandler und |
| I\egel\'orrichtung,eil an Sich bekannte Regel- |
| vorric iittitigen anderer Bartart verwenden. |