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Regeleinrichtung für einenWärmeaustauscher Eine in der Regelungstechnik
in ihrer allgemeinen Form immer wieder auftretende Aufgabe, von der auch die Erfindung
ausgeht, ist die, die Zufuhr eines zu erwärmenden oder abzukühlenden Mittels zu
einem Wärmeaustauscher in Abhängigkeit von dem Druck .dieses Mittels nach dem Austausch
und die Zufuhr des wärmezu- oder -abführenden Mittels in Abhängigkeit von der Temperatur
des erwärmten oder abgekühlten Mittels selbsttätig zu regeln. Ein solcher Fall liegt
beispielsweise bei der Regelung eines Dampferzeugers, eines Dampfkühlers, einer
Kondensationsanlage oder ähnlicher Wärmeaustauscher vor. Bei einem Dampferzeuger
regelt man häufig die Speisewasserzufuhr in Abhängigkeit vom Dampfdruck hinter dem
Dampferzeuger, während man die Wärmezufuhr, also beispielsweise die Zufuhr von Brennöl
oder Kohlenstaub, in Abhängigkeit von .der Temperatur des Dampfes steuert. Bei einem
Dampfkühler regelt man im allgemeinen die Dampfzufuhr zu dem Kühler in Abhängigkeit
vom Dampfdruck hinter dem Kühler, während man die Kühlmittelzufuhr in Abhängigkeit
von der Temperatur des aus dem Kühler austretenden Dampfes steuert. Solange sich
Änderungen der Zufuhr des zu erwärmenden oder abzukühlenden Mittels innerhalb bestimmter
Grenzen halten, arbeiten solche Regeleinrichtungen zufriedenstellend. Schwierigkeiten
treten immer dann auf, wenn größere Änderungen in der Zufuhr des zu wärmenden oder
abzukühlenden Mittels eintreten, da dann die verhältnismäßig träge Temperaturregelung
nicht nachkommt. Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, in derartigen Fällen
bei einer selbsttätig arbeitenden Regelanlage die Einwirkung der Temperaturimpulse
auf die üblicherweise durch diese Impulse geregelte Vorrichtung aufzuheben und diese
Vorrichtung vorübergehend in Abhängigkeit von den Druckimpulsen zu regeln.
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Wie man diesen Grundgedanken verwirklichen kann, soll .das nachfolgend
beschriebene Ausführungsbeispiel, das sich auf eine Steuerung eines Dampfkühlers
bezieht, näher zeigen. In welchem Zusammenbange der Dampfkühler Verwendung findet,
geht aus Abb. i hervor. Eine Kraftmaschine i wird von einem Hochdrucknetz :2 beispielsweise
mit Dampf von 5o atü und 475° C versorgt und gibt ihren Abdampf an das Nie;derdruckverbrauchernetz
3 ab, in welchem ständig ein Druck von beispielsweise 2o atü und 3..1.0° C aufrechterhalten
werden soll. Die Kraftmaschine i stellt eine in bekannter Weise geregelte Gegendruckmaschine
dar. Fällt die Leistung der Kraftmaschine aus, so wird das
Niederdrucknetz
3 über eine Überströmleitung d. mit Dampf aus dein Hochdrucknetz 2 versorgt, der
auf seinem Wege das Druckminder- oder Überströmventil5 und den Dampf= kühler 6 durchströmt.
Das Ventil 5 sorgt in allen Fällen selbsttätig dafür, daß der Drück in dem Netz
3 immer den gewünschten Wert aufweist, während der Dampfkühler 6 die Aufgabe hat,
die Temperatur des Hochdruckdampfes auf den für das Niederdrucknetz vorgeschriebenen
Wert herabzusetzen. Auch die Temperaturregelung geschieht selbsttätig, indem das
Ventil ; die Kühlmittelzufuhr zu dem Kühler 6 in Abhängigkeit von der Temperatur
des aus dein Austauscher in das Niederdrucknetz überströmenden Dampfes regelt. Solange
das Ventil ä nur kleine Verstellbewegungen in der einen oder anderen Richtung ausführt,
ist der auf das Ventil 7 einwirkende Temperaturregler hinreichend imstande, die
vorgeschriebene Temperatur des aus dem Kühler 6 austretenden Dampfes einzuhalten.
Erhöht oder erniedrigt sich dagegen der Verbrauch an 1Niederdruckdampf sehr stark
oder wird die Kraftmaschine i ein- oder ausgeschaltet, so würde das Ventils zwar
unverzüglich eine entsprechende Verstellbewegung ausführen, das Ventil? würde demgegenüber
aber zurückbleiben. Diese Erschei-nung soll gemäß der Erfindung beseitigt
werden. Wie das beispielsweise erreicht werden kann, zeigt das Schaltbild nach Abb.
2. Mit der 'in dieser Abbildung dargestellten Schaltung werden gleichzeitig noch
eine Reihe weiterer Aufgaben gelöst, die auf eine möglichst weitgehende selbsttätige
Sicherung des Betriebes der Anlage nach Abb. i hinzielen. Die Forderungen, die die
Anordnung nach Abb. 2 noch erfüllt, sind folgende: Die Druck- und Temperaturregelung
sollen nur dann immer erst in Wirksamkeit treten, wenn der Druck im Niederdrucknetz
unter einen- bestimmten unteren Grenzwert sinkt, sie soll dagegen außer Wirkung
bleiben, solange im Niederdrucknetz# nur kleinere -Druckschwankungen um den Sollwert
auftreten. Die Anlage soll so arbeiten, daß sie, wenn sie im Betrieb ist, beispielsweise
einen Druck von 18.5 atü und eine Temperatur von 340'C selbsttätig einregelt, daß
sie aber immer erst in Betrieb treten kann, wenn der Druck im 'Niederdrucknetz auf
beispielsweise 17,3 atü gesunken ist. Ferner ist sie so durchgebildet, daß bei einem
Druck, der um einen gewissen Betrag über dem Sollwert liegt, die Impulsgeber außer
Wirkung gesetzt und beide Ventile selbsttätig in die ganz geschlossene Stellung
übergeführt werden. Da eine unzulässig hohe Dampftemperatur den \iederdruckverbrauchern
unter Umständen einen erheblichen Schaden zufügen kann, so ist ferner dafür gesorgt.
daß beide Ventile ebenfalls selbsttätig schließen, wenn das Kühlmittel nicht in
ausreichendem Maße vorhanden ist. Zu diesem Zwecke ist ein Sicherheitsimpulsgeber
vorgesehen, der äuf den Kühlmitteldruck anspricht und der auch dafür sorgt, daß
die Regler bei Kühlwassermangel gar nicht erst in Wirksamkeit treten können, selbst
wenn entsprechende Regelimpulse auftreten.
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Der eigentliche Temperaturregler ist in Abb. 2 mit T, der eigentliche
Druckregler mit P bezeichnet. Der Regler T steuert das Kühlwasserregelventil VT,
während der Regler P zur Regelung des Dampfüberström- oder Druckminderventils VP
dient. Das Ventil VT entspricht dem Ventil 7, das Ventil VP dem Ventil 5 der Abb.
i. Die wesentlichen Bestandteile des Reglers T sind ein Kontaktzeiger ZT, zwei Vorsteuerschütze
VST, und VST, sowie ein Hilfsmotor HIRT, der als Nachführungs- oder Rückführungsmotor
dient. Der Zeiger ZT stellt beispielsweise den Zeiger eines Quecksilberfernthermometers
dar, das die Temperatur an einer Stelle hinter dem Dampfkühler 6 der Abb. i mißt.
Die Zeiger ZT, und ZT2 dienen dazu, eine isodrome Regelung herbeizuführen und werden
in an sich bekannter Weise von dem Motor HMT bewegt. Die Vorsteuerschütze VST, und
VST, dienen zur Steuerung der entsprechenden Hauptschütze HST, bzw. HST, Die Hauptschütze
steuern den Antriebsmotor MT, der dazu dient, das Ventil VT zu verstellen. Die entsprechenden
Teile für den Druckregler P sind sinngemäß ähnlich bezeichnet. Die Anlage weist
ferner ein Grenzkontaktmanometer ZP' auf, das auf den Dampfdruck hinter dem Kühler
anspricht, und enthält noch ein zweites Kontaktmanometer ZP", das auf den Kühlwasserdruck
anspricht. Das Kontaktmanometer ZP' steuert die Schütze SP', und SP'" während das
Kontaktmanometer 7_P" zur Steuerung des Schützes SP" dient. Schließlich sind noch
zwei Schütze .S', und S, zu erwähnen, die in Tätigkeit treten, wenn der Kontaktzeiger
8 entweder den zugeordneten Kontaktzeiger 9 oder den zugeordneten Kontaktzeiger
io berührt. Der Kontaktzeiger 8 nimmt an den Verstellbewegungen des Ventils VP teil.
Die Kontaktzeiger 9 und io können von dem Motor 11 bewegt werden.
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Die Bedeutung der aufgeführten Teile und das Wesen der Schaltung wird
erkennbar, wenn man die Schaltvorgänge im Betrieb verfolgt. Beim üblichen Arbeiten
des Druck-und Temperaturreglers sind die Kontaktzeiger ZP und ZT mit der positiven
Leitung des Netzes verbunden, und zwar führt für den Zeiger ZP diese Verbindung
bei eingeschaltetem Schalter i i über die Leitungen 12, 13, 1.4. die Ruhestrotnkontakte
15 des Schützes
SP2 , die Leitung 16, die Arbeitskontakte 17 des
angezogenen Schützes SP1', die Leitung 18, die Ruhekontakte 19 des
Schützes SP" und die Leitung 2o zu der Anschlußstelle 2i am Zeiger Zn. Hinter den
Ruhestromkontakten 19
führt eine Abzweigung 22 von der Leitung 2o über die
Ruhestromkontakte 23, die Leitung 24, die Ruhestromkontakte 25, die Leitung 26 zu
der Anschlußstelle 27 des Zeigers ZT. Die Zeiger ZP und ZT liegen also beide an
der positiven Leitung des Netzes. Voraussetzung dafür ist lediglich, daß die Ruhestromkontaktpaarei5,
19, 23 und 25 sowie das Arbeitsstromkontaktpaar 17 geschlossen sind. Wenn
man voraussetzt, daß der Kühlwasserdruck für den Dampfkühler den erforderlichen
Mindestdruck von beispielsweise 3o atü aufweist, so befindet sich der Zeiger ZP"
in der in der Abbildung ausgezogenen Stellung, so daß also die Spule des Schützes
SP" stromlos ist. Desgleichen- sind .die Spulen der Schütze S1 und S2 stromlos,
wenn man annimmt, daß der Kontaktzeiger 8 nicht gerade einen der beiden Kontaktzeiger
9 oder io berührt. Die Schütze SP", S1 und S2 befinden sich also tatsächlich in
der Ruhestellung. Es war schon an anderer Stelle gesagt worden, daß ein Arbeiten
der beiden Regler P und T nur eintreten soll, wenn der Dampfdruck vorher um einen
hinreichenden Betrag unter den Sollwert abgesunken ist, wenn er also gemäß dem Zahlenbeispiel
auf 17,5 atü gesunken ist. Solange das nicht der Fall war, bleiben, wie gleich noch
gezeigt wird, die eben beschriebenen Zuleitungen zu den beiden Reglern P und T unterbrochen.
Sinkt der Dampfdruck bis auf den Druck 17,5 atü, so schlägt der Zeigerdes
Grenzkontaktmanometers ZP' nach links aus und nimmt die in der Abbildung gestrichelte
linke Stellung ein. Dadurch wird die Spule des Schützes SP,' in einen Stromkreis
eingeschlossen, der über die Leitungen 12, 13,
2:8, 29, 30, 34 32, 33 zur
negativen Leitung des Netzes führt: Das Schütz SPl zieht an und schließt die Arbeitskofitäktpaare
17, so daß, wie beschrieben, die beiden Zeiger ZP und ZT mit der positiven
Leitung des Netzes in Verbindung treten. Da der Regler P so eingestellt werden soll,
daß er selbsttätig einen Druck einhält, der höher ist als der, bei dem der Betrieb
der ganzen Anlage einsetzt, so wird gleich, nachdem das Arbeitskontaktpaar 17 überbrückt
worden ist, der Zeiger ZP einen Regelimpuls im Sinne einer weiteren Öffnung des
Ventils TIP liefern. Dadurch wird der Dampfdruck alsbald ansteigen, was zur Folge
hat, daß der kontaktgebende Zeiger des Grenzkontaktmanometers ZP' den linken Grenzkontakt
wieder verläßt. Damit dadurch nun aber nicht der Betrieb der Regler unterbrochen
wird, ist .das Schütz SPi zusätzlich mit einem zweiten Arbeitskontaktpaar 34 ausgestattet,
durch das vorher ein Haltestromkreis für dieses Schütz geschlossen wurde. Der Haltestromkreis
verläuft von der positiven Leitung des Netzes ausgehend über die Leitungen 12, 13,
14, die Ruhekontakte 15, die Leitung 16, das Arbeitskontaktpaar 34, die Spule des
Schützes SPi und die Leitungen 34 32, 33 zurück zur negativen Leitung des Netzes.
Die Verstellbewegung des Dampfventils TIP, .die sofort erfolgt, wenn der Zeiger
des Grenzkontaktmanometers SP' die linke gestrichelte Stellung erreicht, wird dadurch
von dem Regler P eingeleitet, daß der Zeiger ZP in diesem Augenblick auf einen Druck
unterhalb des Sollwertes zeigt und bei dieser Stellung-das Kontaktstück des Zeigers
ZP2 berührt. Der Zeiger ZP, der zu diesem Zeitpunkt, wie beschrieben wurde, mit
der positiven Leitung des Netzes in Verbindung steht, schließt damit einen Stromkreis,
der über den Zeiger ZP2, die Leitung 35, die Spule des Schützes VSP2, die Leitung
36, den Schalter 37, -die Leitungen 38, 39, den Druckknopfschalter 4o, die Leitung
41, den Ventilendschalter 42 und die Leitungen 43, 44, 33 zur negativen Leitung
des Netzes führt. Das Vorsteuerschütz VSP2 schließt über das Arbeitsstromkontaktpaar
45 einen Stromkreis, in welchem die Spule des Schützes HSP2 liegt. Dabei nimmt der
Strom seinen Weg von der positiven Leitung des Netzes ausgehend über die Leitungen
12, .16,_ 47, 48, die Spule des Schützes HSP2, die Leitung 49, das Ruhestromkontaktpaar
5o des Schützes HSPl, die Leitungen 51, 52, 53, das Arbeitsstromkontaktpaar 45 des
Schützes VSP2, die Leitungen 54, 36, den Schalter 37, die Leitungen 38, 39, das
Kontaktpaar des Druckknopfschalters 4o, die Leitung 44 den Ventilendschalter 42,
die Leitungen 43, 44 und 3,3 zurück zur negativen Leitung des Netzes. Das Schütz
HSP2 zieht also an und setzt damit den Motor MP im Öffnungssinne des Ventils TIP
in Bewegung. Der Verlauf des Motorstromkreises bedarf keiner näheren Erläuterung.
Ebenso erübrigt es sich, nachdem der Stromverlauf beim Arbeiten des Druckreglers
genauer angegeben wurde, für den Temperaturregler T im einzelnen entsprechende Angaben
zu machen für .den Fall, daß der Zeiger ZT den Zeiger ZT2 oder ZTl berührt.
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Es sei angenommen, daß während des üblichen Arbeitens der Temperaturregelein.-richtung
und des Druckreglers die Kraftmaschine i (vgl. Abb. i) außer Betrieb gesetzt wird
oder daß sich der Dampfverbrauch der Niederdruckverbraucher stark steigert. In beiden
Fällen wird der Druck im Niederdrucknetz 3 (Abb. z) rasch absinken, so daß der Druckregler
P das @ ihm unterstellte
Dampfventill`P mit einer betr;ichtlichen
Geschltvindigkeit im Üffnungssinne verstellt. Der Temperaturregler wird in diesem
Falle infolge seiner Trägheit nicht imstande sein, unverzüglich gleichzeitig das
Kühlwasserregelventil 1'T in dem Maße weiter zu öffnen, daß der aus dem Dampfkühler
in das Niederdrucknetz überströmende Dampf nach wie vor eine gleichbleibende Temperatur
aufweist. Um dennoch einen unzulässigen Temperaturanstieg des Dampfes zu verhindern,
wird, wie früher schon angedeutet wurde, das Kühlmittelregelventil VT in
diesem Falle vorübergehend der Einwirkung des Temperaturreglers T entzogen und zwangsläufig
zugleich mit dem Dampfventil 1% P verstellt. Das wird auf folgende Weise erreicht.
Bei größeren Offnungsbewegungen des Dampfventils VP berührt das Kontaktstück 8,
nachdem es einen bestimmten zweckmäßig einstellbaren Leerlauf zurückgelegt hat,
das Kontaktstück g. Über die Kontakte 8 und.9 wird ein Stromkreis geschlossen, der
von der positiven Leitung des Netzes ausgehend über die Leitungen 12, 13, 63, die
Kontaktstücke 8 und 9, die Leitung 6d., die Spule des Schützes S" die Leitungen
65, 32, den Schalter i i und die Leitung 33 zurück zum negativen Netz führt. Dadurch
wird .der über das Ruhestrornkontaktpaar 23 führende Stromkreis geöffnet, so daß
die Verbindung des Zeigers ZT des Temperaturreglers mit der positiven Leitung des
Netzes unterbrochen wird. Der Regler T kann infolgedessen keine Steuerimpulse für
das Kühlmittelregelventil l' T auslösen. Dieses Ventil wird vielmehr durch die Kontakte
und 9 bzw. das Schütz S, direkt esteuert. Diese Steuerung erfolgt mit Hilfe' des
Arbeitsstromkontaktpaares 66. Der Stromverlauf führt in diesem Falle unmittelbar
über das Schütz HST,, und zwar führt er von der positiven Leitung des Netzes ausgehend
über die Leitung 6;, den Schalter 68, die Leitungeri 6-), 70 und ;1, über
die Spule des Schützes HST. und nimmt dann weiter seinen @Veg über die Leitung
72, das Kontaktpaar 73, die Leitungen ;d., 7 ,3, das Arbeitskontaktpaar
66 des Schützes S,, die Leitungen ; 6 und 77, die Kontakte des Druckknopfschalters
78, die Leitung 79, die Kontakte des Endschalters So und schließlich
die Leitungen Si, 82, den Schalter 68 und die Leitung 83 zurück zur negativen Leitung
des Netzes. Zugleich mit dem Kontaktpaar 66 des Schützes S, werden noch zwei Arbeitsstronikontaktpaare
S.1_ und 85 geschlossen. Diese beiden Kontaktpaare dienen der Steuerung des NTachführungsmotors
i1I, der im vorliegenden Falle die Kontaktzeiger 9 und io so bewegt, daß der entstandene
Stromschluß zwischen den Kontaktstücken 8 und !) wieder anfgeliol-@eii wird. Tritt
da ein, so fällt (las Schütz .S, wieder ab, der Motor M kommt zum Stillstand und
das Ventil VT wird wieder den Steuerimpulsen des Reglers T unterstellt. Das Schütz
S2 hat die gleichen Aufgaben wie das Schütz S, und tritt in Tätigkeit, wenn das
Kontaktstück R mit dem Kontaktzeiger io in Berührung kommt. In diesem Falle wird
der Motor M im entgegengesetzten Sinne in Umlauf gesetzt. Außerdem wird auch dann
wieder das Ventil VT der Einwirkung der Impulse des Reglers T entzogen und gewissermaßen
parallel zum Ventil VP über das Schütz HST, gesteuert.
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Es wäre nun noch zti zeigen, welche Schaltvorgänge ausgelöst werden,
wenn entweder der Zeiger des Grenzdruckmanorneters ZP' in die in der Abbildung gestrichelt
dargestellte rechte Lage übergeht oder der Zeiger des Kühlwassergrenzmanometers
ZP" entgegen dem Uhrzeigersinne in die gestrichelte Lage ausschwenkt. Beide Kontaktzeigerbewegungen
haben gemeinsam, daß die Verbindung sowohl des Zeigers ZP wie auch die des Zeigers
ZT mit der positiven Leitung des Netzes unterbrochen wird und gleichzeitig die beiden
Ventile VP und 1'T über ihre Hauptschließschütze im Schließsinne gesteuert
werden. Dadurch, daß der Zeiger des Manometers ZP' in die rechte gestrichelte Lage
oder der Zeiger ZP" in die linke gestrichelte Lage übergeht, wird entweder durch
das Ruhestromkontaktpaar 15 oder das Ruhestromkontaktpaar i9 die Verbindung der
Zeiger ZP und ZT mit der positiven Netzleitung unterbrochen. jedes der Schütze SP"
und SP=' weist noch zwei Arbeitsstromkontaktpaare auf, von denen jeweils das eine,
wenn es überbrückt wird, das Schütz HSP, und das andere das Schütz HST, mit dem
Netz verbindet. Die Ventile VP und T,; T werden damit durch ihre Antriebsmotoren
JIP bzw. iIIT im Schließsinne in Bewegung gesetzt. Dabei erfolgt die Stromzufuhr
zu diesen beiden Hauptschließschützen über die Endschalter ihrer 'Motoren, so daß
sich die Motoren, wenn die Ventile die ganz geschlossene Stellung erreichen, ausschalten.
f'blicherweise wird der Kontaktzeiger des GrenzkontaktinanometersZP' kaum in die
rechte gestrichelte Lage kommen. Den letzten Grenzkontakt soll er beispielsweise
erst bei einem Druck von 19,5 atü berühren. Da der Regler P selbsttätig einen Solldruck
von beispielsweise 18,5 atü aufrechterhalten soll, ist die Steuerung über den erwähnten
Grenzkontakt lediglich als eine Sicherheitsmaßnahme anzusehen. Falls es erforderlich
erscheint, kann man schließlich noch eine weitere Sicherung schaffen, indem man
den Druckregler P oder auch den Druck- und den Temperaturregler ebenfalls mit einem
Grenzkontakt
86 bzw. 87 versieht. Wenn der Zeiger ZP den Kontakt
86 oder der Zeiger ZT den Kontakt 8.7 :berührt, so hat es dieselbe Wirkung,
als wenn der Zeiger des Grenzkontaktmanometers ZP' in die rechte gestrichelte Lage
oder der Zeiger ZP" in die linke gestrichelte Lage übergeht. Auch in diesem Falle
werden wieder die beiden Ventile VP
und VT ohne weiteres in die ganz
geschlossene Stellung übergeführt. Falls es für erforderlich gehalten wird, das
Bedienungspersonal auf diesen Zustand noch besonders aufmerksam zu machen, können
die verschiedenen Grenzkontakte noch dazu herangezogen werden, eine Alarmvorrichtung
irgendwelcher Art in Betrieb zu setzen.
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Wenn auch die Verwirklichung des eingangs erläuterten Erfindungsgedankens
durch eine elektrische Steuerung besonders einfach ist, so können die einzelnen
notwendig werdenden Steuervorgänge aber auch durch eine hydraulische Steuerung bewirkt
werden. Bei dem gegenwärtigen Stande der Technik ergibt auch eine sinngemäße Ausbildung
einer hydraulischen Steueranlage keine Schwierigkeiten.