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Wasserstandsregler für insbesondere kleinen Wasserraum aufweisende
Dampfkessel Es sind Wasserstandsregler für Dampfkessel bekannt, bei denen ein Regelorgan
(Ventil, Pumpe, Motor usw.) für die Speisewasserzufuhr durch einen Dampfmesser und
durch einen Wassermesser in entgegengesetztem Sinne beeinflußt wird. Man hat bisher
zu diesem Zweck von einem Dampfmesser und einem Speisewassermesser beeinflußte Regelwiderstände
in eine Wheatstonesche Brückenschaltung eingeschaltet, in deren Diagonalzweig ein
den Pumpenmotor oder ein Ventil in der Speisewasserzuleitung steuerndes Relais liegt.
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Diese bekannten Speisewasserregler weisen insbesondere den Mangel
auf, daß sie auf die in Dampfkesseln infolge der Dampfentwicklung ständig auftretenden,
meist pendelartigen Schwankungen des Wasserstandes im Kessel und außerdem auch auf
kurzzeitige Änderungen der Dampfmenge oder der zugeführten Wassermenge ansprechen.
Demzufolge werden diese bekannten Regler im Betriebe meist ständig regeln, was eine
erhöhte Abnutzung der einzelnen Teile der Regler zur Folge hat.
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Die Erfindung bezweckt, diesen Übelstand zu beseitigen und einen Wasserstandsregler
zu schaffen, der nur in solchen Fällen anspricht, wo die Dampfmenge mit der dem
Kessel zugeführten Wassermenge für eine gewisse von den Betriebsverhältnissen abhängige
Zeit nicht im Einklang steht. Der neue Regler spricht also nur immer dann an, wenn
dies wirklich erforderlich ist und weist daher eine erheblich geringere Abnutzung
seiner Teile auf.
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Diese Vorteile werden gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß vom
Dampfmesser und vom Wassermesser betätigte Kontakte ein Differentialrelais beeinflussen,
und daß dieses Differentialrelais auf die Steuermittel für das Regelorgan über einstellbare
Verzögerungsmittel einwirkt, derart, daß nur bei einer gegebenen Abweichung der
Zahl der Kontaktgaben der beiden Messer, bezogen auf eine gegebene Zeit, eine Verstellung
der Steuermittel erfolgt. Zweckmäßig ist das Differentialrelais als Schaltelektromagnet
für den Klinkenantrieb eines die Förderleistung der Pumpe für die Speisewasserzufuhr
verändernden Regelwiderstandes ausgebildet und zwischen dem Klinkenrad und dem in
den Stromkreis des Pumpenmotors eingeschalteten Regelwiderstand etwas Spiel vorgesehen.
Statt dessen kann das Differentialrelais als elektromagnetischer Antrieb für zwei
beliebig einstellbare Steuerscheiben ausgebildet sein, die in bestimmten Stellungen
Kontakte für die Veränderung der Förderleistung der
Pumpe für die
Speisewasserzufuhr betätigen. Die von den Steuerscheiben betätigten Kontakte können
dabei einen Hilfsmotor für Rechts- oder Linkslauf einschalten, der ein Urosselventilgestänge
in der ständig mit Wasserbeschickten Speisewasserzufuhrleitung verstellt. Die Einrichtungen
des erfindungsgemäßen Reglers sind auf der Zeichnung dargestellt.
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Fig. i zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Umdrehungszahl
.des Antriebsmotors der Speisewasserpumpe in Abhängigkeit vom Verhältnis der Stromimpulse
durch Einwirkung der Stromimpulse auf Schaltmagnete eines Steigrades, das mit dem
Drehzahlregler des Motors in Verbindung steht, gesteuert wird.
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Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die mit konstanter
Umdrehungszahl angetriebene Speisepumpe in einer Nebenschlußleitung zum Hauptspeiserohr
angeordnet ist und bei welchem die Veränderung der Speisewassermenge durch ein von
einem Differentialhilfsrelaüs, auf welches die Stromimpulse wirken, gesteuertes
Drosselventil erfolgt.
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Fig. 3 und 3a zeigen das Di@ferentiaMfsrelais im Grund- und Aufriß
und Fig, 4 eine räumliche Darstellung desselben.
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In Fig. i stellt i den Kessel dar, der aus einem .Wasserbehälter 2
mittels einer von einem Motor 3 angetriebenen Speisepumpe 4 durch die Speiseleitung
5, 6 gespeist wird. In die Zuleitung 6 ist ein umlaufender Speisewasserzähler 7,
z. B. ein F1ügelradzähler, eingebaut. Die Dampfentnahme aus dem Kessel erfolgt durch
eine Rohrleitung 8, in welche ein auf der Druckdifferenzmnessung beruhender Dampfmengenzähler
9 eingebaut ist. Der durch das Drosselgerät io entstehende Differenzdruck verstellt
im Wechselstromferngeber ii einen nicht dargestellten Schwimmer und bewegt einen
mit diesem verbundenen Eisenkern zwischen- den Polschuhen eines mit Wechselstrom
erregten Magnetsystems. Die oberen Hälften der Polschuhe tragen Induktionsspulen,
in denen in Abhängigkeit vom Schwimmerhub durch Verstärken bzw. Schwächen ,des Magnetfeldes
Meßströme erzeugt werden, die ein Maß für die durch die Rohrleitung 8 strömende
Dampfmenge ergeben. Der Meßstrom wird durch die Leitungen i2 und 13 der Stromwicklung
14 eines Motorzählers 15 zujeführt, dessen Erregung über die Zuleitungen 16, 17
vom Wechselstromnetz 18 erfolgt, von welchen auch über Zuleitungen g i, 92 die Erregung
des Magneten für den Wechselstromferngeber i i erfolgt. Das nicht gezeichnete Triebwerk
des Motorzählers 15 ist mit einer in der Figur schematisch dargestellten Kontakteinrichtung
ig zur Abgabe von Stromimpulsen über die Leitungen 2o und 21 an einen Elektromagneten
22 versehen. Ebenso ist die umlaufende Welle des Wassermengenzählers 7 mit einer
Kontakteinrichtung23 zur Abgabe von Stromimpulsen über die Leitungen 24, 25 an den
Elektromagneten 26 versehen. Die Anker der Elektromagnete 22 und 26 sind mit Schaltklinken
27 und 28 verbunden, welche in die Zähne eines Steigrades 29 eingreifen. Das Steigrad
29 ist über eine Welle 30 mit dem Schaltarm 31 eines am Netz 18 liegenden
Regeltransformators 32 verbunden. Der Regeltransformator 32 ist über die Leitungen
33, 34 mit dem Wechselstrommotor 3 verbunden. Um ein Anfahren .des Motors ohne zusätzliche
Apparate ermöglichen zu können, wird der Regeltransformator 32 zweckmäßig derart
ausgebildet, daß er als Regelanlasser arbeitet. Aus Sicherheitsgründen wird man
dabei auch die ersten Anlaßstufen für Dauerbetrieb bemessen. Am Kessel i befindet
sich ferner ein Wasserstan.dsmesser 35, in welchem ein Minimum- und ein Maximumkontakt
36 bzw. 37 angebracht sind. Bei zu großem Wasserstand im Kessel schaltet der Kontakt
37 . den Vorwiderstand 38 im Spannungspfad des Zählers aus, wodurch eine Drehzahlerniedrigung
des Zählers bewirkt wird, während bei zu kleinem Wasserstand der Kontakt
36 einen Vorwiderstand 39 zur Drehzahlerhöhung des Zählers in dessen Stromkreis
kurzschließt.
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Die Wirkungsweise der in Fig. i dargestellten selbsttätigen Regeleinrichtung
ist nachstehende: Es wird angenommen, daß die dem Kessel zugeführte Speisewassermenge
der Dampfabgabe entspricht. Hierbei werden von den Kontaktgebern des Dampfmengen-
und Wassermengenzählers in der Zeiteinheit die gleiche Anzahl Stromimpulse abgegeben.
Wirken die Stromimpulse der beiden Zähler nacheinander auf das Steigrad 29, so wird
dieses und somit der Regeltransformator jeweils um eine Regelstufe vorwärts und
wieder zurück verstellt. Will man die dauernde Verstellung vermeiden, so kann man
auch etwas Spiel ,zwischen Rasterrad 29 und Kontaktarm 3 1 vorsehen, so daß
die Verstellung des Schalters erst bei mehrfacher Bewegung in einer Richtung stattfindet.
Vergrößert sich nun die Dampfentnahme, so werden von dem Dampfmengenzähler mehr
Stromimpulse als vom Wassermengenmesser abgegeben, was eine Verstellung des Regeltransformators
32 im Sinne einer Drehzahlerhöhung des Antriebsmotors 3 :der Speisepumpe 4 zur Folge
hat. Es wird somit eine größere Wassermenge in den Kessel befördert. Eine Verstellung
des Regeltransformators erfolgt so lange, bis wieder das gleiche Verhältnis von
Stromimpulsen des Dampf- und Wassermengenzählers eingetreten,
die
Wasserzufuhr also der Dampfentnahme wieder angepaßt ist. Erfolgt eine Wasserstan.dssenkung
im Kessel, welche von dem Dampf= bzw. Wassermengenzähler nicht erfaßt wird, z. B.
bei der Wasserentnahme bei der Kesselentschlammung, so tritt bei minimalem Wasserstand
der Kontakt 36 in Tätigkeit, was eine Drehzahlerhöhung des Dampfmengenzählers und
somit eine erhöhte Anzahl von Stromimpulsen in der Zeiteinheit zur Folge hat. Infolgedessen
tritt eine Erhöhung der Speisewassermenge ein. Bei Erreichung des normalen Wasserstandes
im Kessel viril der Minimalkontakt 36 wieder geöffnet. Um während der Drehzahlerhöhung
:des Zählerankers eine richtige Zählung der Dampfmenge zu erhalten, kann mit der
Umschaltung des Kontaktes 36 gleichzeitig eine Umschaltung auf ein mit dem Zähleranker
verbundenes zweites Zahnrollenwerk erfolgen. Eine Veränderung des Verhältnisses
der vom Dampf-und Mengenzähler abgegebenen Stromimpulse kann auch durch Siebung
der von den Zählern abgegebenen Kontakte erfolgen. So können z. B. bei Unterschreiten
des zulässigen Wasserstandes unter Zuhilfenahme eines Relais die in der Zeiteinheit
vom Wassermengenzähler abgegebenen wirksamen Stromimpulse auf die Hälfte herabgesetzt
werden. Hierdurch bewirken die in gleicher Zahl weitergegebenen Stromimpulse des
Dampfmengenzählers eine rasche Vergrößerung der Speisewasserzufuhr. Eine entsprechende
Beeinflussung des Verhältnisses der Stromimpulse kann auch erfolgen, wenn aus irgendeinem
Grunde eine Überschreitung des gewünschten Kesselwasserstandes eingetreten ist.
Eine Veränderung des Verhältnisses der Stromimpulse kann auch durch ein umschaltbares,
zwischen denAnkern der Wasserzähler und den Kontaktgebern vorgesehenes Übersetzungsgetriebe
erfolgen. Durch die Grenzkontakte 36 und 37 werden zweckmäßig gleichzeitig Kontrollampen
gesteuert und gewünschtenfalls eine Einrichtung benutzt, die abhängig von der Einschaltdauer
der Grenzkontakte eine Alarmvorrichtung in Betrieb setzt. Die Kontakte 36 und 37
können auch von Hand z. B. bei der Inbetriebsetzung der Regeleinrichtung zur Erzielung
des richtigen Verhältnisses von Speisewasserzufuhr und Dampfentnahme betätigt werden.
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Die selbsttätige Regeleinrichtung gemäß der Erfindung kann auch derart
gestaltet werden, daß zwei Grenzkontakte im Kessel bzw. im Wasserstandsanzeiger
des Kessels sehr nahe dem mittleren Wasserstand angebracht werden. Solange der normale
Wasserstand im Kessel vorhanden ist, tritt die Speisewasserregelung nicht in Tätigkeit.
Erst beim Ansprechen eines der beiden Grenzkontakte, d. h. bei Unter-'und Übersteigen
des normalen Wasserstandes, wird die Regeleinrichtung in Tätigkeit gesetzt, und
zwar, wie bisher beschrieben, nach dem jeweiligen Verhältnis -zwischen Speisewasserzufuhr
und Dampfabgabe. -Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer selbsttätigen . Speisewasserregeleinrichtung,
bei welcher die Drosselung eines Ventils in der Speisewasserz.uleitung mit Hilfe
eines Differentialhilfsrelais 40 erfolgt. Das Drosselventil 41 ist in die Hauptspeiseleitung
6 einbebaut. Speisepumpe 4 wird von einem Drehstrommotor 3' mit konstanter Umdrehungszahl
angetrieben. Das Differentialhilfsrelais 40 ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt.
Die Zuleitung von den Kontaktgebern -des Dampf-bzw. Wassermengenzählers führen zu
den Spulen .der Elektromagnete 42 und 46 (vgl. Fig. 2, 3 und 4). Der Anker 43 des
Elektromagneten 42 wirkt über eine Schaltklinke 44 auf das Klinkenrad 45 eines Differentialgetriebes.
In :gleicher Weise wirkt der nicht dargestellte Anker 46 des Elektromagneten. 46
mit Hilfe der ebenfalls nicht gezeichneten Schaltklinke auf das Klinkenrad 47. Die
Achsen 48 und 49 der Planetenräder 5o und 51 sind fest auf der Welle 52 angeordnet.
Zu beiden Seiten des Differentialgetriebes sind auf der Welle 52 die Steuerscheiben
53 und 54 befestigt. Auf der Steuerscheibe 54 befinden sich Zähne 55 bis 61; auf
der Steuerscheibe 53 Zähne 62 bis 68. Über den Steuerscheiben 53 und 54 sind die
Schalter 69 und 70 angeordnet. Die Kontakte des Schalters 7o können durch
Drehung des Magneten 74 der mit dem Hebel 72 fest verbunden ist, dessen Ende auf
der Steuerscheibe 54 aufliegt, geschlossen werden. Für die Betätigung der Kontakte
des Schalter 69 ist die gleiche Einrichtung vorgesehen worden, wie für den Schalter
7o. Auf der Welle 52 befindet sich noch ein Zahnrad 73, das durch ein Übersetzungsgetriebe
74 mit einem Windrad 75 in Verbindung steht. Die Rutschkupplung 76 auf der Welle
52 ermöglicht mittels des Handgriffes 77 eine Verstellung der Steuerscheiben 53
und 54. Die Schalter 69 und 70 liegen in Stromkreisen,der Relais 78 und 79. Die
Anker .dieser Relais stehen mit Umschaltern 8o und 81 in Verbindung, mit welchen
eine Umkehrung der Drehrichtung des Hilfsmotors 82 bewirkt wird. Der Hilfsmotor
82 verstellt über ein Getriebe 83 das Drosselventil 41. Die übrigen Teile der Fig.
2 entsprechen denen der Fig. r und sind deshalb mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Wirkungseeise der in Fig. 2 dargestellten Regeleinrichtung ist folgende: Die
von dem Dampf- und Wassermengenzähler abgegebenen Stromimpulse erregen die Elektromagnete
42 und 46, wodurch die Klinkenräder 45 und 47 jeweils um eine Zahnbreite
in
entgegengesetzten Richtungen fortgeschaltet werden. Wird in der Zeiteinheit von
beiden Zählern die gleiche Anzahl Stromimpulse abgegeben, so bleiben die Welle 52
und die auf -ihr befestigten Steuerscheiben 53 und 54 in Ruhe. Ändert sich das Verhältnis
der Stromimpulse durch Vergrößerung der Impulszahl des Dampf- oder Wassermengenzählers,
so wird die Welle 52 mit den Steuerscheiben 53 und 54 in Rechts- oder Linksdrehung
versetzt. Geringe Abweichungen, welche durch ein oder zwei überzählige Stromimpulse
des Dampf- oder Wassermengenzählers hervorgerufen werden, bewirken keine Verstellung
.des Drosselventils 41. Werden aber z. B. von dem Dampfmengenzähler mehr als zwei
überzählige Stromimpulse abgegeben; so drehen sich die Steuerscheiben 53 und 54
so weit, daß der Zahn 56 den Kontakt des Schalters 70 für eine kurze Zeit schließt.
Hierdurch wird mittels des Relais 79 der Hilfsmotor 82 eingeschaltet, welcher das
Drosselventil 41 im Sinne einer größeren Speisewasserzufuhr öffnet. Dies hat auch
eine Erhöhung,der vom Spei.sewasserzähler abgegebenen Stromimpulse zur Folge. Ist
auch .die vom Dampfmengenzähler abgegebene Impulszahl weiterhin größer als .die
vom Wassermengenzähler abgegebene, so erfolgt eine Weiterdrehung der Steuerscheiben
53 und 54 im gleichen Sinne. Der Zahn 57 schaltet für bestimmte Zeit den Kontakt
7o ein, wodurch das Drosselventil 41 weiter geöffnet wird. Das Drosselventil 41
wird so lange geöffnet, bis die Speisewassermenge den Normalwert etwas überschreitet.
Hiernach werden von dem Speisewasserzähler mehr Stromimpulse in der Zeiteinheit
als vom Dampfmengenzähler abgegeben. Durch das Überwiegen der vom Wassermengenzähler
abgegebenen Stromimpulse tritt eine rückläufige Bewegung der beiden Steuerscheiben
53 und 54 ein. Wenn die Zahl der fehlenden Kontaktgaben des Wassermengenzählers
wieder aufgeholt ist, wenn also die nötige Wassermenge nachgespeist ist, dann tritt
der Zahn 62 der Steuerscheibe 53 unter den Schalter 69 und schließt diesen, was
eine Drosselung des Ventils 41 zur Folge hat. Genügt diese Abdrosselung der Speisewasserzufuhr
noch nicht, so erfolgt eine weitere Drosselung des Ventils durch die Zähne 63, 64
usw. Um die Einschaltdauer des Hilfsmotors 82 zeitabhängig zu machen, ist der Zahnlamm
5 7 breiter als der des Zahnes 56, der des Zahnes 58 breiter als der des Zahnes
57 usw. und ebenso der Zahnkamm 63 breiter als @aer des Zahnes 62, 64 breiter als
63 usw., wozu dann. eine gleichmäßige Drehgeschwindigkeit der Steuerscheiben erforderlich
ist. Um die durch die Sch.altklinkenräder 45 und 48 erzeugte ungleichmäßige Drehung
der Steuerscheiben 53, 54 gleichmäßig zu machen, ist eine Hemmvorrichtung mit dem
Windrad 75 vorgesehen. Die Zähne 61 und 68 sind derart ausgebildet, daß durch sie
eine Schließung der Schalter 69 und 70 für den ununterbrochenen Lauf des
Hilfsmotors 82 erfolgen kann. Bei zu großer Speisewassermenge gegenüber der Dampfentnahme
spielt sich der Regelungsvorgang in entsprechender Weise ab. Durch Betätigung des
Handgriffes 77 kann eine Verstellung des Drosselventils von Hand erfolgen. Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel kann eine zusätzliche Beeinflussung der Regelung
durch den jeweiligen Wasserstand erfolgen.