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Röhren-Hochdruckdampferzeuger Die Erfindung bezieht sich auf Röhren-Höchdruckdampferzeuger
mit Zwangsdurchlauf des Arbeitsmittels rund mit einem Rohrsystem, das in hintereinandergeschaltete
und durch Abscheider miteinander verbundene Stufen ,unterteilt ist, so daß der flüssige
Teil des aus einer Stufe in den Abscheider eingeführten Arbeitsmittels in die anschließende
Stufe gelangt, während der dampfförmige Teil in einen Hauptabscheider und dann zu
den Verbrauchsstellen geleitet wird.
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Bei bekannten Dampferzeugern dieser Art sind in den von den Einzelabscheidern
zu dem Hauptabscheider führenden Leitungen unveränderliche Drosselöffnungen vorgesehen.
Bekanntlich lassen nun aber unveränderliche Drosselöffnungen gegenüber dem durchströmenden
Dampfgewicht ein Vielfaches an Wassergewicht durchströmen. Wenn der Dampferzeuger
mit veränderlicher Belastung betrieben wird, strömt dann entweder ein Teil der Flüssigkeit
mit dem Dampf in den Hauptabscheider ioder sein Teil des Dampfes mit der Flüssigkeit
durch die weiteren Stufen des Rohrstranges. In dem seinen Fall können zu große Beschleunigungen
des Arbeitsmittels gegen das Ende des. Rohrstranges hin entstehen, in dem anderen
Fall aber kann in den Hauptabscheider zuviel Flüssigkeit eingeführt werden und damit
erhöhte Schwierigkeiten für die Dampfflüssigkeitstnennung und die Gefahr entstehen,
daß Wasser zu den Verbrauchsstellen mitgerissen wird. Diese Gefahr wird insbesondere
noch dadurch erhöht, daß die Druckabfälle im Rohrsystem des Dampferzeugers einerseits
rund in den den Dampf nach dem Hauptabscheider führenden Leitungen andererseits
je nach der Belastung und je nach dem Dampfzustand in ganz verschiedener
Weise sich verändern.
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Gemäß der Erfindung werden daher in den den Dampf aus den Abscheidern
in den Hauptabscheider abführenden Leitungen verstellbare Drosselstellen eingebaut,
deren Drosselquerschnitt in Abhängigkeit von Betriebsgrößen des Dampferzeugers selbsttätig.
verändert wird. Hierdurch soll Herreicht. werden, daß beim Betrieb mit veränderlicher
Last mit Sicherheit nur der dampfförmige Teil aus dem Rohrsystem- fortgeleitet,
der flüssige Teil aber im Rohrsystem weitergeführt wird.
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Auch in den die Flüssigkeit aus den Abscheidern in die anschließende
Stufe des Rohrsystems führenden Leitungen können zur Begrenzung der abströmenden
Flüssigkeitsmenge Drosselstellen .eingebaut sein, deren Drosselquerschnitt in Abhängigkeit
von Betriebsgrößen des Dampferzeugers selbsttätig verändert wird.
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Ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes und verschiedene Einzelheiten
sind auf der Zeichnung vereinfacht dargestellt.
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Fig. i ist ein Schnitt durch einen Dampferzeuger nach der Erfindung.
Fig.2
zeigt Drosselstellen eines Dampferzeugers nach 'Fig. i.
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Fig. 3, 4 und 5 zeigen je eine Vorrichtung. zur Regelung einer
Drosselstelle nach Fig. 2., Das Rohrsystem des Dampferzeugers ist'
in fünf
Stufen 1, 2, 3, 4 rund 5 unterteilt, dies;, durch Abscheider 6, 7, 8 und 9 miteinander.`
verbunden sind. Der flüssige Teil des aus einer Stufe in seinen Abscheider ,eingeführten
Arbeitsmittels gelangt in die anschließende Stufe, während der dampfförmige Teil
durch die Leitungen i o, i i, 12 und 13 durch einen Hauptabscheider 14, einen überhifzer
i 5a, i 5b und die Dampfleitung 16 zu den nicht gezeichneten Verbrauchsstellen geleitet
wird.
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Durch die Leitung 17 wird das Arbeitsmittel aus einem .nicht gezeichneten
Behälter in die Speisepumpe 18 geleitet, die durch eine Kraftmaschine i9 angetrieben
ist. Durch die Leitung 20 strömt dann das Speisemittel in den Dampferzeuger. Die
Beheizung erfolgt durch einen Brenner 21; dem der Brennstoff durch die Leitung 22
und die Verbrennungsluft durch die Leitung 23 zugeführt werden. Die bei der Verbrennung
!entstehenden Abgase werden durch eine Leitung 24 ins Freie :oder zu weiteren nicht
gezeichneten Verbrauchsstellen geleitet.
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In der ersten Stufe i des Rohrsystems wird das Arbeitsmittel auf die
Verdampfungstemperatur 'erwärmt -und geben Ende der Stufe ein Teil verdampft. Das
Dampfflüssigkeitsgemisch strömt dann durch die Leittrog 25 in den ersten Abscheider
6, in welchem der Dampf von der Flüssigkeit getrennt und durch die- Leitung io in
den Abscheider 14 geleitet wird, während die abgeschiedene Flüssigkeit durch die
Leitung 26 der Stufe 2 des Rohrsystems zugeleitet wird.
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In der Stufe 2 wird ein weiterer Teil des flüssigen Arbeitsmittels
verdampft und durch die Leitung 27 in den Abscheider 7 geleitet. Hier verfolgt wieder
eine Trennung des dampfförmigen Teils vom flüssigen. Der Dampf gelangt durch die
Leitung i i in den Flüssigkeitsabscheider 14 und der flüssige Teil durch die Leitung
28 in die Stufe 3.
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Ähnliche Vorgänge spielen sich auch in den Stufen 4 'und 5 und in
den Abscheidern 8 und 9 ab. Das Arbeitsmittel wird durch die Leitungen 29 bzw. 31
den Abscheidern 8 bzw. 9 zugeleitet rund der von der Flüssigkeit abgetrennte Dampf
durch die Leitung 12 bzw. 13 in den Flüssigkeitsabscheider 14 geführt,-während die
Flüssigkeit durch die Leitungen 3o bzw. 32 in die Stufen 4 bzw. 5 überströmt.
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In der letzten Stufe 5 wird schließlich das noch flüssige Arheitsmittel
nahezu vollständig verdampft. Der Dampf strömt durch die Leitung 33 in den Abscheider
14, aus dem die abgeschiedene Flüssigkeit durch die Leitung 34 fortgeleitet wird
und der Dampf durch die Leitung35 zum üb@erhitzer i5a, 15b gelangt.
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.Um bei veränderlicher Belastung einen ' urigestörten Betrieb zu erhalten,
müssen von ;;;der gesamten Arbeitsmittelmenge in den Abeidern 6, 7, 8 und 9 und
im Abscheider 14 immer unveränderliche Teilmengen in Form von Dampf abgeschieden
und durch die Leitungen i o, i i, 12 bzw. 13 fortgeführt werden können. Es muß also
sowohl bei Vollast als auch bei Teillast durch jeden der Abscheider je ein Fünftel
der gesamten, den betreffenden Teillasten oder der Vollast entsprechenden Arbeitsmittelmengen
in Form von Dampf, abgeschieden werden können. Daraus ergibt sich wiederum die Bedingung,
daß die in einem Abscheider abgeschiedene Dampfmenge zur Flüssigkeitsmenge bei jeder
Belastung sein praktisch unveränderliches Verhältnis aufweisen muß. Diesem Zweck
sollen die in den Leitungen i o, 11, 12, 13 vorgesehenen Drosselvorrichtungen 37,
38, 39, 40, gegebenenfalls zusammen mit den in den Leitungen 26, 28, 3o, 32 eingebauten
Drosselvorrichtung@en 37', 38', 39', 4o' dienen.
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Die Drosselvorrichtung 37 in der Leitung io muß einen kleinen Querschnitt
aufweisen, weil der flüssige Anteil des durch die Leitung 25 in den Abscheider 6
,einströmenden Arbeitsmittels bedeutend größer als der dampfförmige ist und weil
ferner der Druckunterschied zwischen dem Abscheider 14 und dem Absch@eider 6 am
größten ist. In den nachfolgenden Abscheidern 7, 8 bzw. 9 ist nicht nur der dampfförmige
Anteil des einströmenden Arbeitsmittels im Verhältnis zu der noch mitströmenden
Flüssigkeit, sondern auch der Druckunterschied kleiner, so daß in den aufeinanderfolgenden
Leitungen i 1, 12 und 13 die Drosselvorrichtungen 38, 39 bzw. 40 einen von Leitung
zu Leitung größeren Durchgangsquerschnitt aufweisen müssen.
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Wie bereits erwähnt, können auch in den Leitungen 26, 28, 3o -und
32 Drosselvorrichtungen 37', 38', 39' und 40' eingeschaltet sein, durch welche nicht
allein der Durchgangsquerschnitt ,eingestellt wird, sondern die darüber hinaus noch
dem Zweck dienen, eine erhöhte Drosselung zu verursachen, sobald durch zu rasche
Fortführung der Flüssigkeit anstatt Flüssigkeit Dampf durchtritt. Durch die gegebene
öffnung kann ein im Vergleich zum Dampfgewicht bedeutend größeres Flüssigkeitsgewicht
hindurchgeführt werden. Es werden deshalb vorteilhaft die Drosselquerschnitte in
den Leitungen 26, 28, 30 und 32 etwas größer als durchaus notwendig gewählt, so
daß ein Flüssigkeitsspiegel in den Abscheidern 6, 7, 8 und 9 sich nicht einstellen
kann, sondern vielmehr immer eine kleine
Dampfmenge mit der Flüssigkeit
in - die nächste Stufe .noch mitgeführt wird.
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Die Drosselvorrichtungen 41 können, wie in Fig.2 gezeigt, unmittelbar
in einem Abscheidegefäß, beispielsweise dem Abscheidet 6, angebracht und mit einem
Servomotor 42 ausgerüstet sein. Dem Servomotor wird voneiner Steuervorrichtung durch
die Leitungen 43 und 44 ein Steuermittel zugeleitet bzw. entnommen, wodurch die
Lage des Kolbens 45 der Ventilspindel 46 verschoben und der Durchgangsquerschnitt
an der Stelle 47 verändert wird. Der abgeschiedene Dampf wird durch die Leitung
io aus dem Abscheidet 6 fortgeführt.
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Die Drosselvorrichtungen können nach Fig.3 beispielsweise in Abhängigkeit
vom arithmetischen Verhältnis der Drücke zu Beginn und am Ende seiner Stufe des
Rohrsystems verstellt werden. Zu diesem Zweck wird der Stufenkolben 7o auf der Fläche
7 i vom hohen Druck am Anfang einer Stufe .und auf der Fläche 72 vom niedrigen Druck
am Ende :einer Stufe des Rohrsystems belastet. Die beiden Flächen 7 i und ,72 sind
so bemessen, daß beim einzustellenden Verhältnis die Kräfte einander. Gleichgewicht
halben und der Kolben 7o durch zusätzliche Kräfte der Federn 73 und 7 4 in einer
Mittellage gehalten wird. Die Leitung 75 ist mit dem Anfang einer Rohrstufe, die
Leitung 76 mit dem Ende der gleichen Rohrstufe rund endlich die Leitung 77 mit dem
Endabscheider 14 (Fig. i) ioder der zu den Verbrauchsstellen führenden Dampfleitung
verbunden.
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Die Kolbenstange 78 verschiebt einen Steuerschieber 56, der in einem
Schieberkasten 57 gleitet. Durch die Leitungen 43 und 44 ist der Schieberkasten
mit dem Servomotor 42 (Fig. 2) verbunden, während durch die Leitungen 58 ein Druckmittel
zugeleitet wird und die Leitungen 59. und 6o zu einem Ablauf führe.
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Bei einem steigenden Verhältnis des Unterschiedes des Druckes am Ende
der Rohrstufe rund dem Enddruck des Dampferzeugers zum Unterschied des Druckes am
Anfang der Rohrstufe und dem Enddruck (gleich Verhältnis des Unterschiedes der Drücke
in der Leitung 76 -und 77 zum Unterschied der Drücke in den Leitungen 7 5 und 7,
7 ), wird der Kolben-7o nach rechts gedrückt. Dadurch entsteht eine Verbindung zwischen
der Druckmittelzuführungsleitung 58 und der Leitung 43 einerseits und zwischen der
Ablaufleitung 59 und der Steuerleitung 44 andererseits. Im Servomotor 42 (nach Fig.
2) strömt deshalb auf der oberen Seite des Kolbens 45 die Flüssigkeit weg, während
auf der -unteren Seite Flüssigkeit zuströmt, so daß die Ventilspindel 46 angehoben
und der Durchliußquerschnitt vergrößert wird. Ein ähnlicher Steuervorgang, jedoch
mit umgekehrten Steuerbewegungen, stellt sich ein, wenn das Druckverhältnis sich
verkleinert.
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Um ein übernegeln zu vermeiden, kann in der Leitung 43 seine Drosselvorrichtung
61 und in der Leitung 44 seine Drosselvorrichtung 62 @eingeschaltet sein, die gegebenenfalls
durch die Spindeln 63 !und 64 von Hand noch eingestellt werden können. Unter der
Einwirkung der Drosselung werden die Regelvorgänge so verzögert, daß seine überregelung
und daraus Pendelungen nicht @entstehen können.
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Bei einer Steigerung der üblichen Arbeitsmittelgeschwindigkeit stellt
sich ein größeres Druckgefälle ein. Dadurch wird das als echter Bruch ausgedrückte
Verhältnis des Enddruckunterschiedes zum Anfangsdruckunterschied verkleinert. Die
Verkleinerung des Druckverhältnisses verursacht über die Regelvorrichtung seine
Verkleinerung des Durchflußquerschnitts der den Dampf zu den Verbrauchsstellen führenden
Drosselvorrichtung, so daß die Dämpfströmung gestaut und das anfängliche Steigen
des Druckgefälles wieder vermindert wird. Umgekehrt wird bei Verlangsamung der Strömung
ein kleineres Druckgefälle sich reinstellen, so daß ein größerer Querschnitt der
Drosselvorrichtung eingestellt wird und dadurch die Strömung sich wieder beschleunigen
kann.
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Der Siervomobor 42 nach Fig. 2 kann auch durch den Unterschied der
Drücke zu Beginn und am Ende seiner Stufe des Rohrsystems gesteuert werden. Durch
die beiden Leitungen 48 und 49 (Fig. 4) wird dem Zylinder 5 0 vom Anfang
und vom Ende seiner Stufe des Rohrsystems der Druck übertragen, so daß der Kolben
52 in .eine Lage verschoben wird, in welcher die auf seine Flächen einwirkenden
Drücke und die Kräfte der Federn 53 und 5 4 einander Gleichgewicht halten. Mit der
Kolbenstange 55 ist wiederum ein Schieber 5 6 (wie in Fig. 3) verbunden.
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Wird aus irgendeinem Grunde m einer Rohrstufe die übliche Strömungsgeschwindigkeit
vermindert, so tritt seine Stauung des Arbeitsmittels ein, bei der das Druckgefälle
im Rohrstrang und damit der Druckunterschied verkleinert wird. Bei verkleinertem
Druckunterschied wird der Kolben 52 nach rechts gedrückt, so daß aus der Leitung
58 durch die Leitung 43 Druckmittel unter den Kolben 45 (Fig. 2) des Servomotors
strömen kann, wobei der Drosselquerschnitt für den abströmenden Dampf vergrößert
und die den Regelvorgang verursachende Stauung des Arbeitsmittels behoben wird.
Im umgekehrten Fall tritt bei einer unzulässigen Beschleunigung des Arbeitsmittels
einumgekehrt gerichteter
Regelvorgang ein, so daß die Strömung
wieder auf das übliche Maß gestaut wird.
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In ähnlicher Weise kann der Servomotor der Drosselvorrichtung auch
in Abhängigkeit von der Druckhöhe an irgendeiner Stelle des Dampferzeugers geregelt
werden. Schließlich können zur Beeinflussung der Servomotoren auchTemperatunen,oderUnterschiede
von Temperaturen ioder@ schließlich Verhältnisse von Temperaturen ioder von Temperaturunterschieden
benutzt werden. Zur Regelung wird dann sein Temperaturaufnehmer gewöhnlicher Bauart
verwendet, der über Ä.ufnahmevorrichtungen die Impulse auf die Steuervorrichtung
des Servomiotors weiterleitet.
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Um die Spindel 46 nach Fig.2 in Abhängigkeit vom Gewicht eines Abscheiders
zu beeinflussen, kann beispielsweise das Abscheidegefäß 6 (Fig. 5) an einen Wiegebalken
65, an dem ein Gewicht 66 und seine Zugfeder 67 befestigt ist, aufgehängt sein:
Der Steuerzylinder 68 sowie der Drehzapfen 69 sind mit seiner festen Unterlage verbunden,
so daß bei Zunahme des Gewichts des Abscheidegefäßes 6 durch Vermehrung des Flüssigkeitsinhalts
das Gefäß nach unten sinkt und dadurch den Steuerschieber 56 durch das Gestänge
55 nach oben zieht. Es wird damit eine Verbindung zwischen der Zuführungsleitung
58 und der biegsamen Leitung 44 einerseits rund andererseits zwischen der Ablaufleitung
6o und der biegsamen Leitung 43 hergestellt. Dadurch strömt in den iobenen Zylinderteil
des ServomotDrs durch die Leitung 44 ein Druckmittel, welches den Servom:otorkolben
nach unten drückt und dadurch den Durchflußquerschnitt des Ventils verkleinert.
Es kann somit weniger Dampf aus dem Trenngefäß abströmen, @es entsteht sein höherer
Druck rund dadurch wird leine größere Flüssigkeitsmenge aus dem Abscheider nach
der nächstfolgenden Stufe abgeführt, bis die Gewichtszunahme wieder aufgehoben rund
der übliche Flüssigkeitsstand im Abscheider sich wieder eingestellt hat. Ein umgekehrter
Steuerungsvorgang spielt sich ab, wenn das Gewicht des Abscheiders durch Flüssigkeitsverminderung
wieder verkleinert wird.
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Ganz besonders eignet sich der Dampferzeuger nach der Erfindung für
das untere Gebiet der Hochdrücke zwischen 2o und 8o Atm., weil da das Volumen des
Dampfes so groß ist, daß der Widerstand des Dampfes in gewöhnlichen Röhrendampferzeugern
ein hohes Maß annehmen würde.