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Einrichtung zur selbsttätigen Regelung von Dampfanlagen in gemeinsamer
Abhängigkeit vom Dämpfdruck und Leistung In Dampfanlagen.mit selbsttätigerLeistungsregelung
gilt als Impuls in der Regel der Dampfdruck, dessen =Fallen Verstärkung, dessen
Steigen Verringerung der Leistung hervorrufen soll. Dies gilt sowohl bei Regelungen,
die die Feuerstärke der Dampferzeuger beeinflussen, als auch bei solchen, die das
Einspringen von Wärmespeichern oder das Abschalten von Verbrauchern bei überstarkem
Bedarf veranlassen. Wird nun ein bestimmter Druck als normaler eingestellt, so kann
die Regelung verschiedene Charakteristiken erhalten. Sie kann empfindlich sein,
d. h. bei geringer Druckänderung starke Impulse auslösen, eine solche Regelung neigt
zum Pendeln; sie kann aber auch eine steile Charakteristik erhalten, wobei erst
erheblichere Druckänderungen zur Verstellung der Regelung erforderlich sind. Diese
Regelung hat unerwünscht starke SchRVankungen des Dampfdruckes zur Folge.
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Es sind Regelungseinrichtungen bekannt, bei denen der Dampfdruck und
die Dampfmenge zusammenwirken, um bei Gegendruckmaschinen den Druck bei entfernt
angeschlossenen Verbrauchern gleichmäßig zu halten und dennoch das zur Verfügung
stehende Gefälle stets so weit ausnutzen zu können, als es der Druckverlust in der
Rohrleitung zwischen Gegendruckmaschine und Verbraucher zuläßt. Bei dieser bekannten
Einrichtung ergibt sich eine Summenwirkung der druckgesteuerten und der mengengesteuerten
Regelung, die einen Ausgleich der Rohrleitungsverluste zugunsten der Kraftausnutzung
in der Gegendruckmaschine bewirkt. Hierbei wirkt die Mengenregelung teilweise der
Druckregelung entgegen.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird die Druckregelung in normaler Weise,
also im Bedarfsfalle auch mit empfindlscher flacher Charakteristik, beibehalten,
es wird jedoch eine Anpassung an die Leistung dadurch herbeigeführt, daß die Belastung-
des die Regelung beeinflussenden Druckreglers durch einen zusätzlichen Mengen- oder
Leistungsregler verstellt wird, *so daß der Solldruck der Druckregelung sich in
Abhängigkeit von der Leistung ändert. Durch diese Verstellung der Belastung des
Druckgebers und -damit des Solldruckes, auf den die Druckregelung normalerweise
hinazbeitet, werden je nach der Anwendungsart der Regelung erhebliche betriebliche
Vorteile verschiedener Natur erzielt. Bei Anlagen, bei denen die Dampferzeugung
in Abhängigkeit vom Druck ge-
regelt wird, kann man durch die Belastungsverstellung
den mit der Erzeugungsmenge sich ändernden Druckabfall in den Leitungen zwischen
Kessel und Dampfverbraucher ausgleichen, indem der Solldruck in Abhängigkeit von
der Leistung um so viel höher bzw. tiefer gelegt wird, als dem mit der Leistung
sich ändernden Druckabfall in den Leitungen
vom Kessel bis zu den
Maschinen entspricht. Handelt es sich weiter um eine Regelung, die eine Speicherung
ermöglicht, sei es .im Speisewasserraum des Kessels, sei es außerhalb, so wird noch
der weitere Vorteil erzielt, daß der Speicher in besonders weitgehendem Maße zum
Schwankungsausgleich herangezogen wird, indem er bei den verschiedenen Leistungen
und Drücken jeweils diejenigen Wärmemengen aufnimmt oder hergibt, die erforderlich
sind, um die Leistung des Kessels mit der der anderen Kessel und mit der seiner
eigenen Feuerung in Einklang zu bringen.
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In solchen Anlagen, in denen die Regelung in Abhängigkeit von dem
Druck eines Anzapfdampfnetzes vor sich geht, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren
die Schwankung des Anzapfdruckes bei wechselnder Belastung der Maschine berücksichtigt
und so erreicht werden, daß die druckgesteuerte Regelung einwandfrei in Abhängigkeit
vom tatsächlichen Wärmeüberschuß oder -manget wirkt. Dies wird dadurch erreicht,
daß bei der Regelung auf Anzapfdruck der Solldruck in Abhängigkeit von der Belastung
um so viel höher oder tiefer gelegt wird, als dem mit der Belastung sich ändernden
Druckzustand in der dampfabgebenden Stufe in der Anzapf-Kraftmaschine entspricht.
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Im einzelnen seien die Verhältnisse an Hand der beiliegenden Diagramme
und Zeichnungen 'näher erläutert, in denen darstellt: Fig. z ein Diagramm mit verschiedenen
Regelungscharakteristiken, Fig.2 ein Diagramm für das erfindungsgemäße Regelungsverfahren,
Fig. 3 ein Schema einer Zweidruckanlage, bei der das Verfahren gemäß der Erfindung
Anwendung findet, Fig.4 ein abgeändertes Schaltschema zur Durchführung der Erfindung,
Fig. 5, 6 schematische Darstellungen von Reglereinzelbeiten, Fig. 7, S Reglerausführungsformen
zur Durchführung der Erfindung.
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Fig. z zeigt in Abhängigkeit von der Dampfleistung verschiedene Regelungscharakteristiken,
wobei als Beispiel ein vom Dampfdruck gesteuerter sagenannter Gleichdruck-Speiseregler
gewählt ist. Linie i zeigt eine sehr empfindliche Charakteristik, 2 eine weniger
empfindliche steilere Charakteristik, wie man sie praktisch in der Regel wählt.
Die Linie 3- zeigt in Abhängigkeit von der Leistung den Kesseldruck, der erwünscht
ist, um konstanten Druck. an der Verbrauchsstelle bei den verschiedenen Leistungen
zu erhalten. Ist die Linie 3, wie gezeichnet, steiler als die Linie z, so ergibt
sich im Betrieb der Zustand, daß der Speicher bei kleinen Leistungen im Durchschnitt
entleert und bei höheren Leistungen gefüllt ist. Ein Vorteil dieses Zustandes kann
darin liegen, draß bei übermittleren Leistungen die Speicherreserve hoch ist.
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Läßt man die Charakteristik der Druckregelung nun mit der Charakteristik
3 der Leitung oder Leistung zusammenfallen, so hat man die Gewähr, daß die Speisung
nach dem Druck normal verläuft. Geringe Druckabweichungen haben eine Abweichung
der Speisung zur Folge, die mit der Charakteristik der Druckregelung festgelegt
ist. Je steiler die beiden Charakteristiken verlaufen, je geringer wird der Einfluß
der Abweichungen auf die Ausgleichwirkung des Speichers.
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Wählt man die Charakteristik der Druckregelung steiler als die Leitungscharakteristik
Linie 3, also die Druckcharakteristik nach Linie q., so erhält man den Zustand,
daß bei untermittleren Leistungen der Speicher im Durchschnitt gefüllt und bei übermittleren
Leistungen geleert ist, ein Zustand, der die Feuerführung veranlaßt, die Leistung
zu steigern, aber bei manchen Kesselbauarten, die mit Speiseraumausnutzung arbeiten,
erwünscht sein kann, besonders dann, wenn der Dampfraum klein ist und die Gefahr
des ,Mitreißens von Wasser in die Leitungen vorliegt.
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Schließlich sind noch die Möglichkeiten zu erläutern, die in der Verlegung
der Mittellage m der Druckregelcharakteristik stecken, wie die parallel zur Leitung
2 gezeichneten gestrichelten Linien 5, 6 zeigen. Legt man die Druckregelcharakteristik
über die Leitungscharakteristik, so ist die Speicherung im Durchschnitt hoch.
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Die; größtmögliche Beteiligung des Speichers am Ausgleich von Leistungsschwankungen
wird offensichtlich aber in keinem der obigen Fälle erreicht, weil die Druckhöhe
der Leistung leicht aus dem Regelbereich der Druckregefun:g heraustritt.
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Fig.2 zeigt nun im Diagramm die Wirkungen der Regelung, :die durch
die Erfindung dadurch eintreten, daß man die Regelungscharakteristik vom Druck beibehält,
den Solldruck aber in Abhängigkeit von der Leistung verlegt. Auch .hier ist eine
Gleich.druckregelung am Kessel zugrunde gelegt.
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In Abhängigkeit von der Speisewasserzufuhr als Abszisse zeigt die
strahlenförmige Linse 7 die Fälle der normalen Speisung an, bei der die Dampfleistung
init der Speisewasserzufuhr übereinstimmt, das Verhältnis beider also gleich eins
ist. Auf diesem Strahl liegen die Mittelpunkte ml, zrz2, nz, der Druckregelungscharakteristik,
wobei ein Solldruck von 35;i atü zugrunde gelegt ist. Der Solldruck beträgt bei
einer Kesselleistung -von 30'/, wie Punkt ml zeigt, 34,6 atü, bei .der Kesselleistung
von .6o°/, gemäß Punkt m2
35,2 atü, bei 90°/o gemäß Punkt
111, 35,8 atü. Die strichpunktierten Linien 8, 9 und io zeigen die in Abhängigkeit
vom Druck, während die ausgezogenen Linien 11, 1a, 13 die durch die Speisungsdrosselung
bzw. Speisungsverstärkung veranlaßten Dampfleistungen angeben. Bei Linie 12 ist
durch senkrechte Schraffur die infolge Speisungsdrosselung erreichbare Mehrleistung
links von m, die infolge Speisungsverstärkung hervorgerufene Minderleistung rechts
von m2 aufgetragen. Die Verlegung der Punkte ml, m, nag erfolgt in Abhängigkeit
von der Leistung längs der Linie 7.
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Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß bei einer bestimmten Durchschnittskesselleistung
sich ein bestimmter Solldruck als normaler einstellt. Eine Druckänderung infolge
Störung des Gleichgewichts zwischen Wärmelieferung und Wärmeverbrauch wirkt auf
den Druckregler und über diesen auf die Speiseregelung, so daß nach dem Prinzip
der Gleichdruckspeicherung bei fallendem Druck die Speisewasserzufuhr verringert,
bei steigendem verstärkt wird. Eine Verringerung der Speisewasserzufuhr ergibt nun
eine Vergrößerung der Kesselleistung, die bei Abnahme des Impulses von der Dampfleitung
am Kessel nach dem erfindungsgemäßen Prinzip eine Erhöhung des Solldruckes mit sich
bringen würde. Bei Erhöhung des Solldruckes würde aber die Speisung - gleichbleibenden
gesunkenen Kesseldruck vorausgesetzt - noch weiter gedrosselt werden, die Mehrleistung
des Kessels und damit der Solldruck würde noch weiter steigen, so lange, bis der
Kesseldruck bis auf die Höhe des je-
weiligen Solldruckes gestiegen ist. Diese
Art der Regetung würde also, besonders bei Dampfanlagen mit mehreren parallel zusammenarbeitenden
Kesseln, eine starke Neigung zum Pendeln zeigen, wenn der Leistungsimpuls von der
Dampfleitung abgenommen wird. Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß zur Behebung
unerwünschter Pendelungen vorgeschlagen, den Leistungsimpuls nicht von der Dampfleitung,
sondern von der Speisewasserleitung abzunehmen, in der bei Eintreten der druckgesteuerten
Regelung die Menge des Speisewassers umgekehrt proportional zur Menge des Dampfes
ist. Diese Art der Regelung ergibt daher eine Stabilisierung, sie wirkt wie eine
Regelung mit Rückführung.
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Fig. 3 und 4 zeigen Anlagen mit Speisewasserspeicher, bei denen die
Regelung nach der Erfindung vorteilhaft durchführbar ist.
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Fig. 3 stellt eine Zweidruckanla,ge dar, bei der -vom Hochdruckkessel
14 über den Zwischenüberhitzer 15 der Dampf zur Vorschaltmaschine 16 gelangt, die
ihren Abdampf wieder durch den Zwischenüberhitzer 15 hindurch an das Mitteldrucknetz
17 abgibt, das auch von den Kesseln 18 gespeist wird. An das Netz 17 ist eine Anzapfmaschine
i9 und eine Kondensationsmaschine 2o angeschlossen, ferner ein Speisewasserspeicher
21, der Speisewasser aus Leitung 22 erhält, es über die Umwälzpumpe -23 und den
Vorwäriner 24 in durch das Ventil 25 geregelter Menge vorgewärmt im oberen Teil
aufnimmt und das vorgewärmte Wasser über die Heißspeisepumpen 26 und 27 an die Kessel
18 und 14 abgibt. Das Ventil 25 wird vom Regler 28 beeinflußt, der zunächst über
die Einflußleitung 3o durch den Druck im Netz 17 beeinflußt wird. Der Solldruck
des Reglers 28 seinerseits wird 'von der durch die Stauscheibe 29 fließenden Dampfmenage
beeinflußt, wie im Prinzip weiter oben dargelegt und in der Funktion in den folgenden
Figuren noch erläutert werden wird.
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Gemäß Fig. 4 gibt die Maschine i9 aus einer Anzapfstelle Dampf an
das `letz 17 ab, an das der Spteicher 21 und sonstige Dampfverbraucher angeschlossen
sind. Der Regler 28, der das Regelventil a5 betätigt, wird wiederum über Leitung
30 vom Druck im Netz 17 beeinflußt. Die Einstellung .des Solldruckes erfolgt
jedoch über Leitung 31 nicht nach der Dampfmenge im Netz, sondern nach dem Druck
in einer Stufe der Turbine i9, die dein Kondensator näher gelegen ist. Bekanntlich
ändert sich bei verschiedenen Maschinenbelastungen. der Druck in den einzelnen Stufen
nach bestimmten, durch Aichun.g oder Rechnung feststellbaren Kurven-, so daß der
in einer bestimmten Stufe durch Leitung 31 festgestellte Druck ohne weiteres als
Kennzeichen der Maschinenleistung zu verwenden ist.
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An Hand der folgenden Fig. 5 bis 8 seien die Vorrichtungen zur Regelung
an Beispielen beschrieben.
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In Fig. 5 wird der das geregelte Organ, z. B. über ein nicht gezeichnetes
Steuerrelais, beeinflussende Hebel 32 von einem Druckgeber 33 entgegen der
Wirkung einer Feder 34 und eines Gewichts 35 betätigt. Die Feder 34 ist, wie durch
die Pfeile 36 angedeutet, längs des Hebels 32 verschieblich. Durch Verschiebung
des Angriffspunktes wird der Solldruck, bei welchem also der Druck auf die Membran
des Druckgebers 33 die Gegenkräfte überwindet, verändert.
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Fig. 6 zeigt eine Anordnung der Feder 34, bei der auch die Federcharakteristik
veränderlich ist. Die Veränderung erfolgt dadurch, daß die Feder 34 nicht mit ihren
Enden einerseits am Festpunkt, andererseits am Hebel 32 befestigt .ist, sondern
durch Bolzen 37 und Muttern 38, die am Ende Federteller
39 tragen,
welche nur ein einstellbares Stück 40 der Feder 34 elastisch freigeben.
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Fig. 7 zeigt eine Anordnung, bei der die Solldruckversteliung in Abhängigkeit
von der Leistung selbsttätig vor sich geht. In der Dampf- oder Speisewasserleitung
41 befindet sich eine Meßstelle, z. B. ein Stauflansch oder, wie gezeichnet, eine
Venturidüse 42, an die über die Leitungen 43 und 44 die zwei Schenkel 45 und 46
einer Quecksilberwaage mit dem Waagenhebel 48 angeschlossen sind, die auch auf der
Skala 49 zur Anzeige der Leistungen dienen kann. Am Hebel 48 ist nun das eine Ende
der Feder 34 befestigt, deren anderes Ende an den Hebel 32 angeschlossen ist. Die
Einrichtung wirkt folgendermaßen: Dem Druckgeber 33 entgegen wirkt am Hebel
322 normalerweise die Kraft des Gewichts 35, sowie die der Zugfeder 34. Die
Kraft dieser Zugfeder wird mit Hilfe der Quecksilberwaage bei steigender Leistung
dadurch erhöht, daß um so mehr Quecksilber aus dem Topf 46 in den To f 45 gedrückt
wird, je größer die durch #ie Leitung 41 strömende Dampf- oder Flüssigkeitsmenge
ist. Durch Formung der Töpfe, 45 und 46 in bestimmten Querschnittskurven kann die
Proportionalität zwischen Leistungssteigerung und Solldruckerhöhung nach beliebigen,
von Fall zu Fall erforderlichen Funktionskurven erreicht werden.
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Fig. 8 zeigt eine Regleranordnung, bei der der Impuls der Leistung
von einem bestimmten veränderlichen Druck ausgeht. Der eigentliche Druckgeber 33
wirkt auf den Düsenhebel 32 und das an ihn angeschlossene Relais 50 entgegen einer
über das Gestänge 51 übertragenen Kraft. Diese geht vom Hebel 52 aus, auf dem als
Gegenkraft das Gewicht eines Wellrohrs 53 wirkt, das zum Teil mit einer Flüssigkeit
54 von geringem spezifischen Gewicht, zum Teil mit einer Flüssigkeit 55 von hohem
spezifischen Gewicht, z. B. mit Quecksilber, angefüllt ist. Im unteren Teil ist
das Wehrohr 53 über eine biegsame Leitung 55 mit einem Quecksilber enthaltenden
Gefäß 56 verbunden, das seinerseits im oberen Teil ari die den von der Leistung
abhängigen Druck übermittelnde Leitung, z. B. 31 (Fig.4), angeschlossen ist. Das
Wehrohr 53 wird an beiden Enden durch die Teller 57 und die Zugfedern 58 sowie durch
seine Eigenelastizität zusammengehalten entgegen der Wirkung des Druckes, der durch
Leitung 31 zugeführt wird. Übersteigt der Druck die einstellbaren Gegenkräfte, so
dehnt sich das Wellrohr aus und es gelangt eine gewisse Menge des Quecksilbers aus
dem festen Topf 56 in das Wellrohr 53, -wodurch die Belastung des Relaishebels,
32 steigt, mit der dieser dem regelnden Druckgeber 33 entgegenwirkt.
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Die gezeigten Einrichtungen und Anwendungsfälle sind lediglich Beispiele,
deren Einzelteile und Anwendungsformen miteinander in beliebiger Weise vertausch
ar sein sollen. Das Regelungsprinzip selbst ist noch in zahlreichen anderen Fällen
anwendbar und durch andere Regelungsprinzipien durchführbar.