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Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Speisewasser- oder Wärmezufuhr
zu Röhrendampferzeugern Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selbsttätigen
Regelung der Speisewasser- oder Wärmezufuhr zu Röhrendampferzeugern in Abhängigkeit
von der Temperatur des austretenden Dampfes, bei welcher das Temperaturmeßgerät
mittels eines Servomotors das Regelglied verstellt.
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Bei Röhrendampferzeugern, denen das Arbeitsmittel am einen Rohrende
als Speiseflüssigkeit zugeführt und am anderen Ende als überhitzter Dampf entnommen
wird, verändert sich die Dampftemperatur bei einer Änderung der Zufuhr des Brennstoffes
oder des Speisewassers erst nach einer Zeit, die das Arbeitsmittel braucht, um von
der Eintrittsstelle bis an die Austrittsstelle zu gelangen. Dadurch ergeben sich
bei Temperaturregelv orrichtungen, deren Temperaturaufnehmer am. Ende des Rohrstranges
angeordnet ist, Verzögerungen zwischen den Betriebsveränderungen und den daraufhin
verursachten Regelverstellungen. Als Folge dieser Verzögerung treten unzulässige
Pendetungen der Dampftemperatur und des Betriebes auf, weil die zu regelnden Einrichtungen
in Abhängigkeit von den verzögerten Temperaturänderungen so lange verstellt werden,
bis die Temperatur auf den ursprünglichen Beständigkeitswert zurückgeführt ist,
wobei die Regelverstellung zu länge andauert, so daß der Betrieb nun in entgegengesetzter
Richtung von der Beständigkeitslage abweicht.
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Die Anwendung einfacher Bremsvorrichtungen, um P.endelungen zu verhindern,
führt nicht immer zu einer brauchbaren Lösung, weil dadurch die Regelvorgänge derart
verlangsamt werden, daß der Beharrungszustand zu spät erreicht wird und in der Zwischenzeit
unzulässige Abweichungen vom Beständigkeitswert eintreten, und zwar insbesondere
bei plötzlichen Temperaturänderungen, weil die Regelverstellungen unter der Wirkung
der Bremse nur mit großer zeitlicher Verzögerung erfolgen.
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Um eine zu rasche Wirkung und damit eine Überregelung zu verhindern,
sind Vorrichtungen bekannt, bei denen die zu verstellenden Einrichtungen nur in
gewissen Zeitabständen und während einer kurzen Zeitspanne von den durch die Temperatur
beeinflußten Einrichtungen verstellt werden. Wer-. den die Zeitabstände zwischen
den einzelnen Regelbewegungen groß gewählt, so können plötzliche Temperaturänderungen
nicht immer rasch genug ausgeglichen werden. Werden die Zeitabstände aber kurz gewählt,
so besteht bei großen Temperaturveränderungen wiederum die Gefahr einer Überregelung,
was zu Pendelungen des Betriebes führt.
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Eine Übertragung der anderweitig bei isodromwirkenden Reglern angewendeten
nachgiebigen Rückführeinrichtungen auf Temperaturregelvorrichtungen für Feuerungsanlagen
führt nicht immer zu einem Erfolg. Bei Geschwindigkeitsreglern verstreicht zwischen
der Betriebsänderung und der Impulserteilung im Gegensatz zu den Verhältnissen bei
solchen Temperaturregelvorrichtungen nur
eine sehr kurze Zeit, während
welcher keine Regelverzögerung eintreten kann. Bei Temperaturregelvorrichtungen
für Feuerungsanlagen dagegen verstreicht zwischen der Betriebsänderung und der Impulserteilung
oft eine erhebliche Zeit, so daß die sehr rasch wirkenden Rückführeinrichtungen,
wie sie bei Geschwindigkeitsreglern verwendet werden, zu einer unzulässig;n Temperaturungleichförmigkeit
führen können.
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Gemäß der Erfindung ist daher bei einer Vorrichtung zur selbsttätigen
Regelung der Speisewasser- oder Wärmezufuhr zu Röhrendampferzeugern in Abhängigkeit
von der Temperatur des austretenden Dampfes, bei welcher das Temperaturrneßgerätmittels
eines Servomotors das Regelglied verstellt, zur Steuerung des Servomotors ein Steuerglied
vorgesehen, auf welches bei Regelvorgängen das Temperaturmeßgerät und eine mit dem
Servomotor gekuppelte Rückführeinrichtung mittels elastischer Zwischenglieder gegenläufig
einwirken, wobei das zwischen dem Steuerglied und der Rückführeinrichtung des Servomotors
geschaltete Zwischenglied bei jedem Verstellvorgang nach Rückführung des Steuergliedes
in seine Mittellage eine allmähliche Entspannung nach Maßgabe einer mit ihm verbundenen
Verzögerungseinrichtung erfährt, so daß das zwischen dem Meßgerät und dem Steuerglied
geschaltete elastische Zwischenglied bei anhaltender - Temperaturabweichung vom
Sollwert vermöge der in ihm aufgespeicherten Kraft das Steuerglied entsprechend
dieser Entspannung erneut in-gleichem Sinne verstellt. Die Regelvorrichtung verstellt'
das Regelglied zu Beginn eines Regelvorganges beinahe so rasch wie eine ungedämpfte
Regelvorrichtung und läßt die bremsende Beeinflussung im wesentlichen erst nach
der Verstellung des Regelgliedes zur Auswirkung gelangen. Durch die Ausnützung der
in den elastischen Zwischengliedern aufgespeicherten Kraft im Zusammenhang mit der
Verzögerungseinrichtung wird der Regelvorgang der Größe nach so gedämpft und zeitlich
in der Weise verlängert, daß eine Pendelung nicht entstehen kann.
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In der Zeichnung stellt Fig. i den Verlauf der Dampftemperatur als
Funktion der Zeit, und Fig. 2 die zugehörigen vom Regler bewirkten Verstellwege
des Regelgliedes dar, Fig. 3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.
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Fig. 4, 5 und 6 zeigen die in Fig. 3 dargestellte Regelvorrichtung
in drei während eines Regelvorganges eingenommenen Stellungen.
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Als Abszisse der in Fig. i und 2 dargestellten Schaubilder ist die
Zeit Z gewählt, während als Ordinate in Fig. i die Temperatur T des Dampfes und
in Fig. 2 die zugehörigen Verstellwege NI des Regelgliedes aufgetragen sind.
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Die beim Betrieb eines Dampferzeugers angestrebte mittlere Temperatur
- die sogenannte Beständigkeitstemperatur - ist in Fig. i mit To bezeichnet. Bekannte
Regelvorrichtungen, bei denen in Abhängigkeit von einem durch die Temperatur beeinflußten
Meßgerät ein Regelglied verstellt wird, halten die Temperatur innerhalb eines durch
eine höhere und eine tiefere Temperatur begrenzten Gebiets fest, dessen Mittelwert
gleich der Beständigkeitstemperatur ist. Nur bei besonderen Betriebsverhältnissen
und Belastungen wird die Beständigkeitstemperatur selber genau eingehalten.
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Wenn zur Zeit z1 sich eine Betriebsänderung einstellt, die eine Erhöhung
der Dampftemperatur bewirkt, so wird die Dampftemperatur nach der Kurve t1 ansteigen,
wenn keine Regelvorrichtung vorgesehen ist. Bekannte Regelvorrichtungen dämpfen
die Temperaturveränderungen etwa gemäß der Kurve t, dadurch, daß das von der Temperatur
beeinflußte Meßgerät das Regelglied um den Wert y1 (Fig. 2) von der mittleren Einstellung
Mo auf die Einstellung 1171 gemäß der Kurve w1 verstellt. Ein gewisser Temperaturunterschied,
welcher durch die Differenz T-To gegeben ,ist, bleibt bestehen, weil, sofern die
Temperatur wieder auf den Beständigkeitswert zurückgeführt würde, das Regelglied
wieder in der Mittellage stände und keine Regelwirkung mehr ausüben könnte.
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Bei der in der Fig. 3 dargestellten Regeleinrichtung ist nun zur Steuerung
des Servomotors io, der das Speisewasserventil 28 verstellt, ein Steuerglied 8,
14 vorgesehen, auf welches bei Regi27lvorgängen das Temperaturineßgerät 6 und eine
mit dem Servomotor gekuppelte Rückführeincichtung 29-32 mittels der als Federn 7
und 34, 35 ausgebildeten elastischen Zwischenglieder gegenläufig einwirken, wobei
das zwischen dem Steuerglied und der Rückführeinrichtung des Servomotors eingeschaltete
Zwischenglied 13, 34, 35 bei jedem Verstellvorgang nach Rückführung des. Steuergliedes
in seine unwirksame Mittellage eine allmähliche Entspannung nach Maßgabe einer mit
ihm verbundenen Verzögerungseinrichtung 33 erfährt, so daß das andere Zwischenglied
7 bei anhaltender Temperaturabweichung vom Sollwert vermöge der in ihm aufgespeicherten
Kraft das Steuerglied entsprechend dieser Entspannung erneut verstellen kann.
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Zu Beginn der Regelung wird durch die Regelvorrichtung nach der Erfindung
die Regelbewegung durch die Speicherung von Energie etwas gebremst. Während bei
bekannten
Regelvorrichtungen die Tätigkeit des Reglers zunächst
aufhören würde, kommt bei der Regelvorrichtung nach der Erfindung die zuerst-gespeicherte
Energie zur Wirkung und verursacht eine weitere Verstellung des Regelgliedes in
gleichem Sinne, welche die Temperatur schließlich wieder auf den Ausgangswert, d.
h. genau auf die Beständigkeitstemperatur, zurückführt, wobei das von der Temperatur
beeinflußte Meßgerät in die Mittelstellung zurückgeht, das Regelglied aber in der
neuen Regelstellung stehenbleibt. Der erste Teil der in Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten
Regelbewegung w3 deckt sich demnach im ersten Teil ungefähr mit der Regelbewegung
zel. Im Zeitpunkt z2 jedoch kommt die in der elastischen Vorrichtung gespeicherte
Regelenergie zur Wirkung und verstellt das Regelglied in die Lage 12. Dabei geht,
wie durch die Kurve t, (Fig. i) dargestellt, die Temperatur wieder auf den Ausgangswert
To zurück. Die bleibende Verstellung y1 -f- y, in Fig. 2 wird nach Wiedereinstellung
der Beständigkeitstemperatur durch die nachträgliche Verstellung mittels der gespeicherten
Energie der elastischen Vorrichtung hervorgerufen, während der Temperaturaufnehmer
selber entsprechend der Beständigkeitstemperatur wieder in der Mittellage steht.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Anlage wird die Speiseflüssigkeit
mittels einer Speisepumpe i durch die Speiseleitung 2 in den durch den Brenner 3
beheizten Rohrstrang .a. geführt, in welchem sie verdampft bzw. überhitzt wird.
Der erzeugte Dampf strömt durch die Leitung 5 an die in der Zeichnung nicht dargestellten
Verbrauchsstellen. In die Leitung 5 ist der Temperaturaufnehmer 6 eingebaut, welcher
unter dein Einfluß der Dampftemperatur Änderungen der Dampftemperatur über die Feder
7 auf das Steuerglied 8 zur Einwirkung kommen läßt, das aus einem ortsfesten Zylinder
mit einem in ihm befindlichen Kolben 14 zur Steuerung des Druckmittelzuflusses zu
einem weiteren Steuerglied 2o, welches seinerseits den Zutritt der Steuerflüssigkeit
zu dem Servomotor io und dem Ablauf der Steuerflüssigkeit vom Servomotor steuert,
besteht.
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Der Steuerkolben 20 ist durch eine mittels einer Spindel 36 einstellbare
Feder 21 belastet. Der Servomotor io verstellt mittels einer Stange 27 das in der
Speisewasserleitung 2 angeordnete Ventil 28 und ist mit einer Rückführeinrichtung
versehen, die nach einem Verstellvorgang das vorn Meßgerät 6 bewegte Steuerglied
8 wieder in seine unwirksame Mittellage zurückführt. Diese Rückführeinrichtung besteht
aus einem mit dem Kolben 25 des Servomotors gekuppelten Steuerkolben 29, dessen
Gehäuse i i durch zwei Druckmittelleitungen 30, 31 mit dem Gehäuse 12 eines weiteren
Kolbens 32 verbunden ist. Mit diesem Kolben 32 ist ein weiterer Kolben 13 gekuppelt,
der in einem axial beweglichen Gehäuse angeordnet ist und durch beiderseits auf
ihn einwirkende, im Gehäuse vorgesehene Federn 34.; 35 in seiner Mittellage gehalten
wird. Dieses bewegliche Kolbengehäuse ist starr mit dem von dem Temperaturmeßgerät
6 bewegten Kolben 14. des Steuergliedes 8 verbunden. Die Gehäuse der Kolben i i
und 32 sind mit einer Flüssigkeit gefüllt, und die beide Gehäuse verbindenden Leitungen
30, 31 sind über ein Drosselventil 33 miteinander verbunden.
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Steigt beispielsweise die Temperatur des durch die Leitung 5 strömenden
Dampfes, so dehnt sich die impulsgebende temperaturempfindliche Einrichtung 6 (Fig.
4.) über ihre ursprüngliche, gestrichelt eingezeichnete Lage 6" aus, so daß die
Feder 7 zusammengedrückt wird. Beim Zusammendrücken der Feder 7 verschiebt diese
mittels des Gestänges 15 den Kolben fd. und das mit ihm verbundene Gehäuse des Kolbens
13 nach rechts, so daß auch die Feder 34 zusammengedrückt wird. Dann strömt durch
die Öffnung 16 ein unter Druck stehendes Steuermittel in den Raum 18 des Steuerzylinders
8 ein, in dem ein erhöhter Druck entsteht, welcher durch die Leitung ic) (Fig. i)
auf die untere Fläche des in dein Zylinder 9 befindlichen Steuerschiebers 2o übertragen
wird und diesen entgegen dem Druck der Feder 21 anhebt.
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Bei dieser Aufwärtsbewegung des Schiebers 2o wird zwischen der Druckmittelzuflußleitung
22 und der zum Servomotor io führenden Leitung 2.4 eine Verbindung hergestellt.
Die in der Leitung 22 unter Drück befindliche Steuerflüssigkeit tritt unter den
Ar-')eitskolben 25 des Servomotors io und hebt diesen entgegen dem Druck der Feder
26 an. Das Gestänge 27 überträgt diese Bewegung auf das in der Speiseleitung 2 eingebaute
Durchflußventil 28, welches in öffnendem Sinn in der Richtung von der geschlossenen
Stellung Z gegen die geöffnete Stellung A verstellt wird und dadurch den Durchflußquerschnitt
für das Speisemittel vergrößert.
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Gleichzeitig wird auch der mit dem Arbeitskolben 25 des Servomotors
i o gekuppelte Kolben 29 im Verdrängungszylinder i i angehoben und die auf seiner
oberen Seite verdrängte Flüssigkeit durch die Leitung 3o auf die rechte Seite des
Kolbens 32 gedrückt, so daß dieser und der mit ihm gekuppelte Kolben 13, wie in
Fig. 5 dargestellt ist, sich nach links bewegen. Es wird dabei die Feder 34 noch
weiter zusammengedrückt, so daß sie den Kolben 1:4 nun ebenfalls nach links v erschiebt,
wodurch
der freie Querschnitt der Üffnung 16 gedrosselt und die Regelbewegung des Arbeitskolbens
25 (Fig. 3) gebremst werden. Das Ansteigen der Dampftemperatur wird durch diese
Regelung gebremst und kommt zunächst beim Wert T2 (Fig. i) zum Stillstand.
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Diese veränderte Temperatur soll nun noch weiter gemäß der Kurve t3
(Fig. i) dem Beständigkeitswert To wieder angeschmiegt werden. Zwischen den Leitungen
30 und 31 (Fig.3) ist eine Verbindungsleitung mit einem einstellbaren Drosselventi133
vorgesehen. Die in Fig. 5 noch in gespanntem Zustand befindlichen Federn 7 und 34
üben auf den Kolben 32 eine Kraft nach rechts aus und verschieben diesen, wie in
Fig.6 angedeutet ist, nach rechts. Die auf der rechten Seite des Kolbens 32 befindliche
Flüssigkeit wird über die Drosselvorrichtung 33 langsam auf die linke Seite treten.
Da die Feder 7 dabei auch den Kolben 14 nach rechts bewegt, nimmt die Verbindung
zwischen der Leitung 16 und dem Raum 18 an OOuerschnitt wieder zu, so daß auf den
Kolben 25 wieder ein Bewegungsimpuls nach oben wirkt.
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Die Regeleinrichtung 25, 27, 28 erfährt somit über die ohnehin schon
eingestellte Verstellung y1 (Fig. 2) hinaus eine weitere Verstellung y., so daß
eine vermehrte Menge Speiseflüssigkeit in das Rohrsystem 4. des Dampferzeugers eingeführt
wird und sich somit die Temperatur von dem Wert T2 (Fig. i ) nach der Kurve t3 bis
zum Zeitpunkt s3 wieder an den einzustellenden Beständigkeitswert To anschmiegt.
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Es wird somit durch die elastischen Federn 7, 34, 35 und die nachgiebige
Verzögerungseinrichtung 12, 32, 33 erreicht, daß bei einer Temperaturänderung der
Regelvorgang sogleich unterbrochen wird, bevor die Temperatur des durch die temperaturempfindliche
Vorrichtung 6 strömenden Dampfes auf den ursprünglichen. Wert zurückgegangen ist,
um eine Überregelung zu vermeiden, daß aber nachträglich entsprechend der Verzögerungseinrichtung
bei dem langsam vor sich gehenden Entspannen der elastischen Feder 34 die Regelbewegung
so lange weiter fortgesetzt wird, bis schließlich die Temperatur ihren ursprünglichen
Beständigkeitswert wieder angenommen hat.
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Ein entsprechender Vorgang mit umgekehrtem Bewegungssinn tritt bei
einer Erniedrigung der Dampftemperatur ein, wobei der. Kolben 14 nach links bewegt
wird und aus dem Raum 18 zunächst durch die Öffnung 17 Steuerflüssigkeit entweicht,
der Druck in der Leitung i9 fällt und der Kolben 2o nach unten sinkt. Zwischen der
Leitung 24 und der Ablaufleitung 23 entsteht eine Verbindung, durch die hindurch
die unter dem Arbeitskolben 25 des Servomotors io befindliche Steuerflüssigkeit
durch die Feder 26 in den Ablauf gepreßt wird. Der nach unten sinkende Kolben 25
verkleinert die Durchflußöffnung des Ventils 28, so daß eine verkleinerte Menge
Speiseflüssigkeit in das Rohrsystem 4 geführt und die Temperatursenkung wieder gebremst
wird. Gleichzeitig sinkt auch der Kolben 29, so daß zunächst der Kolben 32 nach
rechts gedrückt wird und dadurch die Feder 34 entspannt, jedoch die Feder 35 spannt.
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Der Steuerschieber 14 wird dann auch nach rechts bewegt, so daß die
Öffnung 17 wieder geschlossen und der Druck im Raum 18 wieder gesteigert wird. Es
wird dann auch der Schieber 2o wieder gegen seine Mittellage zurückgedrängt und
der Kolben 25 in seiner Regelbewegung gebremst. Da die Federn 35 und 7 aber immer
noch gespannt sind, wobei die Feder 35 stärker gespannt ist als die Feder 7, wird
zunächst der Kolben 32 langsam unter dem Einfluß der einseitigen Belastung wieder
nach links verschoben, wobei Flüssigkeit aus der Leitung 31 in die Leitung 32 über
das Ventil 33 übertritt. Es zieht dann auch die Feder 7 den Kolben 14 wieder
nach links, so daß auf den Kolben a5 von neuem ein Einfluß zum Sinken ausgeübt wird.
Diese Verschiebung dauert an, bis der Dampf seine ursprüngliche Beständigkeitstemperatur
wieder erreicht hat: Diese Regelvorrichtung hat bewirkt, daß die Temperatur des
Dampfes nur während der Veränderung von Betriebsbedingungen von dem einzuhaltenden
Beständigleitswert abweicht, beim Eintreten des Beharrungszustandes aber wieder
auf diesen Wert zurückverstellt ist.
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Die von der Regelvorrichtung einzustellende Beständigkeitstemperatur
kann durch Verschiebung der Spindel 36, wobei die Spannung der Feder 21 verändert
wird, entsprechend den jeweils gewünschten Verhältnissen eingestellt werden.