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Regelvorrichtung für Hochdruckdampferzeuger mit geringem Wasserinhalt
Die Erfindung erstreckt sich auf eine Regelvorrichtung für Hochdruckdampferzeuger
mit geringem Wasserinhalt zur selbsttätigen Steuerung der Speisewasserzufuhr in
Abhängigkeit von dem Dampfdruck und der Wärmezufuhr in Abhängigkeit von der Abgastemperatur.
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Von bekannten Einrichtungen dieser Art unterscheidet sich die neue
Regelvorrichtung dadurch, daß unter Verwendung eines gasförmigen, oder flüssigen
Druckmittels, wie Druckluft, als Impulsträger, dessen Druck die Meßgeräte bei einer
Änderung der ihnen zugeordneten Meßgrößenin entgegengesetztem Sinne ändern, ein
auf den Wechsel des Dampfdruckes im Kessel ansprechender Druckfühler durch eine
Druckmittelleitung mit einer die Speisewasserzufuhr regelnden. Steuervorrichtung
und ein auf den Temperaturwechsel der abziehenden Feuergase ansprechender Z'@'ärmefühler
durch eine Druckmittelleitung mit einer die Wärmezufuhr regelnden Steuervorrichtung
verbunden ist, wobei beide Druckmittelleitungen durch eine mit einem Überströmventil
versehene Leitung derart miteinander in Verbindung stehen, daß ein Teil des als
Impulsträger dienenden Druckmittels aus der von dem Wärmefühler beeinflußten Druckmittelleitung
in die von dem Dampfdruckmesser beeinflußte Druckmittelleitung überströmen kann,
wenn in letzterer der Druck des Impulsträgers geringer ist als in ersterer. Hierdurch
wird erreicht, daß bei großer Verminderung der Speisewasserzufuhr infolge zu hohen
Ansteigens des Dampfdruckes gleichzeitig die Wärmezufuhr verringert wird, die an
sich unabhängig von dem Dampfdruck in Abhängigkeit von der Rauchgastemperatur beeinflußt
wird. Umgekehrt wird jedoch bei übermäßigem Anstieg der Rauchgastemperatur nur die
Wärmezufuhr gedrosselt, während die Speisewasserzufuhr unbeeinflußt bleibt. Es wird
dann die Wärmezufuhr außer von der Temperatur der Rauchgase von dem Dampfdruck nur
dann beeinflußt, wenn der Dampfdruck eine bestimmte Grenze überschreitet. Unterhalb
dieser oberen Druckgrenze ist jeder Einfluß des Dampfdruckes auf die Beheizung vermieden.
Hierdurch werden die Schwankungen des Dampfdruckes und der Dampftemperatur auf ein.
zulässiges geringes Maß gebracht.
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Bekannt ist an sich die Anordnung eines Wärmefühlers zur Steuerung
der Wärmezufuhr im Weg der abziehenden Rauchgase. . Bei Verminderung der Rauchgastemperatur
erfolgt die Abkühlung des Wärmefühlers oft langsam, so daß dieser nicht immer genügend
schnell anspricht, wenn die Wärmezufuhr erhöht werden muß, was bei einer erhöhten
Speise -wasserzufuhr durch eine Erniedrigung der Rauchgastemperaturen angezeigt
wird, da bei wasserarmen Kesseln, die Temperatur der abziehenden Feuerungsgase sich
ziemlich schnell der Temperatur des Dampfes im Kessel angleicht. Es besteht daher
bei Verwendung von Druckluft als Impulsträger der im Rauchgasweg liegende Wärmefühler
aus einem mit Öffnungen versehenen langgestreckten Gehäuse aus einem Werkstoff mit
einer hohen Wärmeausdehnungszahl
und einem an dessen freiem Ende
befestigten, im Gehäuseinnern angeordneten Stab aus einem Baustoff mit einer niedrigen
Wärmeausdehnungszahl, der an seinem freien Ende mit einem Ventilteller zur Steuerung
einer in das Gehäuse ausmündenden Abblasöffnung der von der Steuervorrichtung für
die Wärmezufuhr kommenden Druckluftleitung verbunden ist. Es wird dann der Wärmefühler
bei geöffnetem Luftausblasventil infolge eines Ansteigens der Rauchgastemperatur
durch aus der Impulsleitung entweichende Luft gekühlt, so daß er -auf eine verminderte
Rauchgastemperatur schnell anspricht.
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Der Erfindungsgegenstand ist in derZeichnung beispielsweise dargestellt.
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Fig. = zeigt schematisch die Gesamtanordnung eines Hochdruckdampferzeugers
nebst den Betriebshilfsmaschinen und der selbsttätig arbeitenden Regelvorrichtung.
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Fig.2 und 3 zeigen in größerem Maßstabe den Wärmefühler in Verbindung
mit der die Wärmezufuhr regelnden Steuervorrichtung.
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Fig. 4 und 5 zeigen den Druckfühler in Verbindung mit der die Speisewasserzufuhr
regelnden Steuervorrichtung.
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Fig.6 zeigt das die zu beiden Steuervorrichtungen. führenden Druckluftleitungen
verbindende Überströmventil.
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Der in Fig. i in seiner Gesamtanordnung nebst der zugehörigen Regelvorrichtung
dargestellte Hochdruckdampferzeuger enthält eine Mehrzahl von Verdampferrohren io,
in die das Speisewasser durch ein Rückschlagventil ii eintritt, während der erzeugte
Dampf in einem Sammelbehälter 12 vereinigt und aus diesem durch ein Rohr 13 zum
Überhitzer 14 geleitet wird.
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Die Verdampferrohre io sind vorzugsweise in ihrem Inneren mit schraubenförmig
gewundenen Leitflächen (nicht gezeichnet) versehen, durch die bewirkt wird, daß
das Speisewasser in dünner Schicht und in kreisender vorwärts schreitender Bewegung
die Innenfläche der Verdampferrohre io bestreicht und auf seinem Wege zum Dampfsammler
12 restlos verdampft. Der so erzeugte Sattdampf wird im Uberhitzer 14 überhitzt,
an den sich die Entnahmeleitung 15 anschließt.
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Das aus dem Vorratsbehälter 1.7 der Speisepumpe 18 zufließende Speisewasser
gelangt in den Vorwärmer 16 durch eine Rohrleitung ig, eine mit Rundschiebern 21,
22 versehene Verteilvorrichtung 2o und eine Leitung igd. Von dem Vorwärmer 16 führt
eine Speiseleitung, in die das Rückschlagventil ii eingesetzt ist, zu den Verdampferrohren
io. Eine dritte an die Verteilvorrichtung 2o angeschlossene Rohrleitung 2g führt
zum Vorratsbehälter 17 zurück, durch die das stetig zugeführte Speisewasser unter
dem Einfluß der selbsttätigen Regelvorrichtung 8o und der durch sie gesteuerten
Rundschieber 21, 22 ganz oder teilweise in, den Vorratsbehälter 17 zurückgeleitet
werden kann.
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Der Hochdruckdampferzeuger io, 14, 16 wird durch Öl oder einen anderen
flüssigen Brennstoff befeuert, der aus dem Vorratsbehälter 30 in einen mit
einem Schwimmer 31 ausgestatteten Ölstandsregler 32 und aus diesem in den Brenner
33 gelangt. In diesem wird das Öl mittels Druckluft, die aus dem Behälter 40 durch
ein Rohr 41, in dem eine Drosselklappe 42 sitzt, zuströmt, zerstäubt, und das Öl-Luft-Gemisch
wird im Feuerraum des Kessels verbrannt. Ein durch einen Elektromotor 43 angetriebener
Luftverdichter 44 hält den Behälter 4o mit Druckluft gefüllt, dem noch selbsttätige
Regelvorrichtungen (nicht gezeichnet) zur Aufrechterhaltung gleichbleibenden Drucks
angegliedert sein können.
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Im Abzugskanal des Kessels, d. h. im Strom der den Kanal durchströmenden
Rauchgase, ist ein Wärmefühler 50 eingebaut, der aus einem Mantel 51 aus
einem Werkstoff mit hoher Wärmeausdehnungszahl, z. B. Messing, und einem inneren
Stab 52 aus einem Baustoff mit niedriger Wärmeausdehnungszahl, z. B. Nickelstahl,
besteht. Der Stab 52 ist mit einem Ende an dem freien Ende des Mantels befestigt
und trägt an seinem anderen Ende ein Luftabblasventil 53, mit dem er die Auslaßöffnung
einer Druckluftleitung 66 steuert. Das Mantelrohr 51 ist mit Durchlaßöffnungen 54
für die durch das Ventil 53 abgelassene Druckluft versehen.
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Der Wärmefühler 5o regelt die Stärke der Wärmezufuhr des Kessels mittels
einer Steuervorrichtung 6o, die eine durch eine Feder 6i abgestützte Membrane 62
besitzt und die durch eine Zuleitung 63 mit Einlaßdüse 64 mit dem Druckluftbehälter
40 verbunden ist. Durch einen Auslaßstutzen 65 von größerem lichtem Querschnitt
als demjenigen der Einlaßdüse 64 und die Leitung 66 steht die Steuervorrichtung
6o mit dem Abblaseventril 53 des Wärmefühlers 50 in Verbindung.
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Steigt die Dampftemperatur im Kessel und damit auch die Temperatur
der den Kessel verlassenden. Rauchgase über eine bestimmte Grenze, auf die der Wärmefühler
eingestellt ist, so öffnet sich das Ventil 53 und läßt durch das Rohr 66 die auf
der Membrane 62 der Steuervorrichtung für die Befeuerung lastende Druckluft abblasen.
Diese durchströmt dabei den Wärmefühler 5o und kühlt diesen ab, so daß das Ventil
53 wieder im Sinne des Abschließens zurückbewegt wird. Infolge der Wechselwirkung
der den Wärmefühler außen, bestreichenden heißen Rauchgase und der ihn innen durchströmenden
abgeblasener, kalten Druckluft schwingt das Ventil53 hin und her, bis sich ein Gleichgewichtszustand
am Wärmefühler herausbildet. Es genügen dann schon kleine
Temperaturschwankungen
der Rauchgase bzw. des Dampfes im Kessel, um den Wärmefühler 50 sofort ansprechen
zu lassen. Auf diese Weise werden Trägheitserscheinungen (Nachhinken) des Wärmefühlers,
die sonst wegen des Wärmeinhalts des Mantelrohres 51 in Erscheinung treten könnten,
ausgeschaltet.
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Wird infolge eines Ansteigens der Temperatur der den Kessel verlassenden
Rauchgase das Abblaseventil 53 durch den Wärmefühler 50 geöffnet, so sinkt
der auf der Membrane 62 lastende Druck, und unter dem Einfluß der Feder 61 wird
durch Gelenkhebel 67, 68 die Drosselklappe 42 für die dem Brenner 33 zugeführte
Druckluft im Sinne des Schließens gedreht. Es wird dann auch weniger Öl angesaugt
und die Flamme verkleinert. Sinkt dagegen die Temperatur der Rauchgase infolge einer
stärkeren Dampfentnahme aus dem Kessel und dadurch selbsttätig vermehrter Speisewasserzuführung,
auf die im folgenden näher eingegangen wird, so wird das Luftventil 53 geschlossen,
so daß der auf die Membrane 62 einwirkende Druck der Druckluft steigt, wodurch die
Drosselklappe 42 in der Richtung des Uhrzeigers, d. h. im öffnenden Sinne gedreht
und die Flamme des Brenners verstärkt wird.
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Die Speisewasserzufuhr zum Kessel wird geregelt durch einen an den
Dampfsammler 12 angeschlossenen Druckfühler 70 mit einem gefederten Kolben
71, eine gleichfalls mit einer Membrane 82 nebst Feder 8s ausgerüstete Steuervorrichtung
8o und die obenerwähnte Verteilvorrichtung 2o. Die Steuervorrichtung 8o steht durch
eine Rohrleitung 83 und Düse 84 mit dem Druckluftbehälter 40 in Verbindung. Durch
eine zweite an einen Ablaßstutzen 85 von größerer lichter Weite als die der Düse
84 angeschlossene Rohrleitung 86 ist die Steuervorrichtung 8o mit einem Abblaseventil
73 verbunden, das mittels Schwinggestänge 72 durch den Druckfühler 70 geöffnet
wird, sobald der Kesseldampfdruck eine bestimmte eingestellte Grenze überschreitet.
Da die Durchlaßöffnung der Düse 84 kleiner als der lichte Querschnitt des Ablaßstutzens
85 ist, so fällt beim Abblasen von Druckluft durch das Abblaseventil 73 der auf
der Membrane 82 lastende Luftdruck schneller, als frische Druckluft zuströmt. Unter
dem Einfluß der Feder 81 werden dann die Rundschieber 2=, 22 der Speisewasserzuteilvorrichtung
2o mittels der Stange-28 hochgezogen, und das Speisewasser fließt durch das Rohrag
in den Vorratsbehälter 17 zurück. Bei einer Verminderung des Dampfdruckes wird das
Abblaseventil73 geschlossen und der auf die Membrane 82 einwirkende Druck der Druckluft
erhöht, so daß die Schieber 21, 22 nach abwärts bewegt werden und das durch die
Leitung rg zugeführte Speisewasser durch die Leitung =gd dem- Vörwärmer 16 zugeführt
wird.
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Der Erfindung gemäß ist noch eine weitere Regel- und Sicherheitsvorrichtung
in. Gestalt eines zwischen die Regelrohrleitungen 66 und 86 eingeschalteten, selbsttätig
schließenden Überströmyentils, z. B. eines Kugelrückschlagventils go, gz, vorgesehen.
Dieses soll bewirken, daß die Befeuerung des Kessels selbsttätig gedrosselt wird,
wenn aus nicht vorherzusehenden Ursachen die _ Speisewasserzufuhr aussetzt, sei
es, daß trotz Überschreitens des einzuhaltenden-Dampfdruckes der Druckfühler 7o
nicht ordnungsmäßig arbeitet, die zugehörige Druckluftleitung 86 undicht ist oder
die Steuervorrichtung 8o aus anderen Ursachen versagt. Wird der eingestellte Höchstdampfdruck
überschritten und läßt der Druckfühler 7o die Luft aus der Steuervorrichtung 8o
für die Speisewasserregelung durch Ventil 73 und Rohrleitung 86 abblasen,
so strömt eine gewisse Druckluftmenge dem Lauf der gestrichelten Pfeile x,
x', x" folgend auch aus der Leitung 66, die von der die Befeuerung regelnden
Steuervorrichtung 6o ausgeht, allerdings unter Überwindung der durch das Gewicht
des Kugelventils gz dargebotenen Widerstände. Auf diese Weise wird gleichzeitig
mit der Verringerung der Speisewasserzufuhr die Befeuerung abgedrosselt.
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Die beschriebene Regelvorrichtung, nämlich der Wärmefühler
50 und der Druckfühler 70 nebst den ihnen angeschlossenen Steuer- und Sicherheitsvorrichtungen
beginnen die ihnen zugewiesenen Regelungsarbeiten erst, nachdem der Kessel in Betrieb
genommen worden ist. Um den Kessel zuerst ganz ohne Wasserinhalt und ohne Wasserzufuhr
anheizen zu können, bis sich die Verdampferrohre bis zu dem Grade erwärmt haben,
den sie zum Verdampfen des Wassers benötigen, ist ein Handhebel 27 an dem Gestänge
28 . der Zuteilvorrichtung 2o vorgesehen, durch den die Rundschieber 21, 22 in die
obere Lage gebracht werden können, in der sie das Speisewasser zum Wasservorratsbehälter
=7 zurückleiten. Ferner ist an der Steuervorrichtung 8o ein Entlüftungsventil
87 vorgesehen, durch das die Druckluft aus der Speisewassersteuervorrichtung
8o von Hand abgelassen werden kann, so daß die Kolbenschieber 21, 22 nach aufwärts
bewegt werden und die Speisewasserzufuhr in der oben erläuterten Weise unterbrochen
wird. Die Anordnung besonderer Hilfseinrichtungen an selbsttätig arbeitenden Verbrennungsreglern,
um sie auch von Hand verstellen zu können, ist an sich bekannt.
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An Stelle von Druckluft kann auch ein anderes gasförmiges oder flüssiges
Druckmittel, wie z. B. Drucköl, zum Antrieb der Steuervorrichtungen für die Regelung
der Kesselbefeuerung
und der Speisewasserzufuhr verwendet werden.
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Regelvorrichtungen der oben beschriebenen Art können mit gleichem
Vorteil auch für Hochdruckdampferzeuger mit geringem Wasserinhalt verwendet werden,
die-eine Gasfeuerung besitzen oder die mit festen Brennstoffen, wie Kohlenstaub,
beheizt werden.