DE671197C - Regel- und UEberwachungseinrichtung fuer eine Kraftanlage mit Quecksilber als Erststoff und einem anderen Stoff (z.B. Wasser) als Zweitstoff - Google Patents

Regel- und UEberwachungseinrichtung fuer eine Kraftanlage mit Quecksilber als Erststoff und einem anderen Stoff (z.B. Wasser) als Zweitstoff

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DE671197C
DE671197C DEA83723D DEA0083723D DE671197C DE 671197 C DE671197 C DE 671197C DE A83723 D DEA83723 D DE A83723D DE A0083723 D DEA0083723 D DE A0083723D DE 671197 C DE671197 C DE 671197C
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Edward S Thompson
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B29/00Steam boilers of forced-flow type
    • F22B29/02Steam boilers of forced-flow type of forced-circulation type
    • F22B29/023Steam boilers of forced-flow type of forced-circulation type without drums, i.e. without hot water storage in the boiler

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Description

  • Regel- und Überwachungseinrichtung für eine Kraftanlage mit Quecksilber als Erststoff und einem anderen Stoff (z. B. Wasser) als Zweitstoff Gegenstand des Hauptpatents ist eine Wärmekraftanlage, die mit Ouecksilber als Erststoff und einem anderen Stoff (z. B. Wasser) als Zweitstoff betrieben wird und bei der das Quecksilber zuerst in einem Erhitzer unter Druck ohne Dampfbildung erhitzt und dann in einem oder mehreren nachgeschalteten Dampfentwicklern unter Entspannung teilweise verdampft wird.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pegel- und Überwachungseinrichtung für eine solche Anlage. Dabei ist von der Erkenntnis ausgegangen, daß in dem Erhitzer einer solchen Anlage, insbesondere im Höchstlastbereich, keine Verdampfung des flüssigen Ouecksilbers eintreten darf,. weil hierdurch clie W ärmeübertragung ' auf die Heizelemente des Erhitzers und somit die Kesselleistung vermindert werden. Zu diesem Zweck ist nach der Erfindung in die Verbindungsleitung zwischen dem Quecksilbererhitzer und dem diesem nachgeschalteten Quecksilberdampfentwickler eine auf Druck- und Temperaturänderungen der' zum Quecksilberdampfentwickler strömenden Flüssigkeit ansprechende Vorrichtung eingeschaltet, die das Brennstoffzuführungsventil des Ouecksilbererhitzers bei Über- bzw. Unterschreitung bestimmter Temperaturwerte bzw. Druckwerte selbsttätig schließt. Infolgedessen wird die Wärmezufuhr zum Erhitzer selbsttätig unterbrochen, wenn das flüssige Ouecksilber mit zu hoher Temperatur bzw. zu niedrigem Druck den Erhitzer veriäßt. Auf diese Weise ist also dafür gesorgt, .daß die Werte von Druck und Temperatur des flüssigen Quecksilbers im Erhitzer stets so aufeinander abgestimmt sind, däß die Verdampfungsgrenze nicht erreicht oder überschritten wird.
  • Dabei kann die Steuerung des Brennstoffventils entweder unmittelbar oder mittelbar in Abhängigkeit von den Druck- und Temperaturänderungen des den Erhitzer verlassenden flüssigen Quecksilbers oder auch in Abhängigkeit von dem in der Frischdampfeinlaßleitung herrschenden Dampfdruck erfolgen, dessen Höhe naturgemäß wiederum von den erwähnten Zustandsgrößen des flüssigen Quecksilbers in der Verbindungsleitung zwischen dem Erhitzer und dem Dampfentwickler abhängt. Es ist auch möglich, eine von diesen Zustandsgrößen abhängige Betriebsgröße, z. B. die Drehzahl der Quecksilberdampfturbine, zu benutzen.
  • Eine beispielsweise Ausführungsform der Anlage nach der Erfindung ist auf der Zeichnung in einer schematischen Gesamtansicht dargestellt.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Dampfkraftanlage mit Quecksilber und Wasser als Betriebsstoff. Der Quecksilberdampfkessel io wird mit flüssigem Brennstoff beheizt. Zu diesem Zweck ist ein Brennstoffzuführungsventil i i vorgesehen. Dem Heizelement 12 wird unten flüssiges Quecksilber mittels einer Pumpe 14 durch eine Rohrleitung 16 zugeführt. Der Saugstutzen 15 dieser Pumpe ist an einen Quecksilberverdampfer 13 angeschlossen. Die durch .die Heizschlange 12 hindurchgedrückte Flüssigkeit strömt durch, eine Leitung 17 in den Verdampfer und aus diesem in die Heizschlange zurück. Der im. Verdampfer erzeugte Dampf gelangt durch eine Leitung 18 zur Quecksilberdampfturbine i9, deren Abdampf in einem Kondensator 2o niedergeschlagen wird. Das Kondensat wird mittels einer Pumpe Zia durch eine Leitung 21 zum Saugstutzen der Umwälzpumpe 14. gefördert.
  • Die -beschriebenen Teile bilden zusammen die Quecksilberdampfkraftanlage.
  • Der Kühlschlange 22 des Kondensators 2o wird mittels einer Pumpe 24 durch eine Leitung 23 ein Kühlmittel zugeführt. Bei der dargestellten Ausführungsform wird das Kühlmittel einem Dampfkondensator 25 entnommen. In der Kühlschlange 22 wird das Wasser verdampft. Mit dem erzeugten Dampf wird eine Dampfturbine 26 gespeist, deren Abdampf in den Kondensator 25 strömt. Dem Kondensator wird sein Kühlmittel durch eine Leitung 27 zugeführt.
  • Die Kühlschlange 22, die Turbine 26 und der Kondensator 25 bilden zusammen die Wasserdampfkraftanlage. Der Kondensator 2o, der also den Quecksilberdampf der Turbine i9 niederschlägt und das durch seine Kühlschlange 22 strömende Wasser erhitzt und verdampft, bildet den Dampfkessel dieser Kraftanlage. Gleichzeitig stellt er ein therinisches Kupplungsglied zwischen den beiden T reibmittelstromkreisen dar.
  • Um eine gute Wärmeübertragung auf die Heizschlange 12 zu erreichen, muß bei einem mit unter Druck stehendem Quecksilber gespeisten Kessel insbesondere im Höehstlastbereich verhindert werden, daß das Quecksilber in der Heizschlange verdampft. Das Eintreten einer Verdampfung hängt von einem bestimmten Umstand oder von dem Zusammenwirken zweier Umstände ab. Bekanntlich findet eine Verdampfung statt, wenn eine Flüssigkeit entweder bei konstantem Druck über eine bestimmte Temperatur hinaus erwärmt oder bei konstanter Temperatur der Druck der Flüssigkeit unter einem bestimmten Wert herab vermindert wird. Die diesen bestimmten Wert aufweisenden Temperaturen und Drücke werden bekanntlich als Sättigungstemperaturen und Sättigungsdrücke bezeichnet. Beispielsweise ist bei einer T etnperatur von 6o8° C der Sättigungsdruck von Quecksilber 25,2 kg/cm=. Bei diesem Druck und dieser Temperatur wird flüssiges Quecksilber ig Dampf verwandelt. Um daher bei 6o8° C eine Verdampfung des Quecksilbers zu verhindern, muß das Quecksilber unter elnem etwas höheren Druck stehen, zweckmäßig z. B. 26,7 kg/cm2, d. h. es muß ein Druckunterschied von 1,5 kgicm= aufrechterhalten werden. Dieser Druckunterschied von 1,5 kg/cm' entspricht einem Temperaturunterschied von rund 7° C, weil ein Druck von 26,7 kg/cm2 zu einer Sättigungstemperatur von 615' C gehört, die den Wert von 6o8° C um 7° C übersteigt. Wenn daher Quecksilber auf eine Temperatur von 6o8° C bei einem absoluten Druck von 26,7 kg/cm' erhitzt wird, befindet sich das Quecksilber noch in flüssiger Form; eine Verdampfung tritt erst ein, wenn der Druck um mindestens 1,5 kg/cm@ herabgesetzt oder die Temperatur um 7° C erhöht wird oder wenn sowohl der Druck als auch die Temperatur entsprechend geändert werden.
  • Bei der Anlage nach der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe der Druck und die Temperatur des die Heizelemente des Kessels durchströmenden Quecksilbers so geregelt werden, daß eine Verdampfung des Quecksilbers innerhalb der Heizelemente verhindert ist. Zu diesem Zweck ist in die Verbindungsleitung zwischen dem Kessel und dem Verdampfer ein die Brennstoffzuführung zum Kessel regelndes Steuerglied eingeschaltet, das auf Druck-und Temperaturänderung innerhalb dieser Leitung anspricht und die Stellung des Brennstoffventils selbsttätig entsprechend ändert. Die Steuerung dieses Ventils kann auch in mittelbarer Abhängigkeit von den Druck-und Temperaturwerten erfolgen, indem der Regelimpuls von Betriebsgrößen geliefert wird, welche für die Größe der Druck- und Temperaturwerte bestimmend sind. Eine solche Betriebsgröße kann beispielsweise die Drehzahl einer von dem Kessel gespeisten Quecksilberdampfturbine sein. Eine andere Betriebsgröße ist der Frischdampfdruck im Einlaßventil der Turbine.
  • Die Regelvorrichtung nach der Erfindung soll nachstehend an Hand des dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Während des normalen Betriehszustandes der Anlage wird das Brennstoffzuführungsventil i i mittels eines Elektromagneten offengehalteii, dessen Kern an einen Hebelarm 31 des Ventilkörpers angeschlossen ist. Die Spule 32 des Elektromagneten ist einerseits über einen Leitungsdraht 33 und einen Schalter 34, andererseits über einen Leitungsdraht 36 an eine Stromquelle 35 angeschlossen. Innerhalb dieses Stromkreises liegen mehrere Kontakte, die sich bei bestimmten Änderungen des Betriebszustandes der Anlage selbsttätig öffnen und schließen. Der Quecksilberschalter 37 wird von einem nur schematisch dargestellten Druck- und Temperaturanzeiger gesteuert, der ein durch ein Bourdon-Rohr gebildetes druckabhängiges Glied 38 und ein temperaturabhängiges Glied 3g besitzt, das ebenfalls ein Bourdon-Rohr ist. Das druckabhängige Glied 38 steht mit dem Auslaßrohr 17 des Heizelementes 12 in Verbindung. Die freien Enden beider Bourdon-Rohre sind an die Enden eines Hebels angeschlossen, der gelenkig mit dem Quecksilberschalter 37 gekuppelt ist. Der Schalterhebel selbst ruht auf einem festen Schwinglager 4oa.
  • Während des normalen Betriebes der Anlage ist der Schalter 37 geschlossen. Steigt bei konstantem Druck die Temperatur des in der Leitung 17 strömenden flüssigen Quecksilbers, so bewegt sich das linke Ende des Hebels 4o nach oben, so daß der Schalter 37 den Kontakt unterbricht. Bei einer Abnahme des Druckes und unveränderter Temperatur wird dagegen das rechte Ende des Hebels 4o nach oben bewegt, so daß der Kontakt wiederum unterbrochen wird. Eine gleichzeitige Abnahme von Druck und Temperatur hat ein Schwenken des Hebels 4o entgegen dem Uhrzeigersinn um den gelenkigen Angriffspunkt am Schalterhebel zur Folge, ohne daß dabei dessen Stellung verändert wird. Das temperaturabhängige Glied 39 ragt mit seinem geschlossenen Ende in die Leitung 17 hinein. Das Bourdon-Rohr 39 enthält die gleiche Flüssigkeit wie der Kessel, also Quecksilber. Die beschriebene Regelvorrichtung ist so ausgebildet, daß bei einem Druckabfall von 1,5 kg/cm' und unveränderter Temperatur der Schalter 37 geöffnet ist; dies ist auch der Fall, wenn die Temperatur bei konstantem Druck um 7° C sinkt. Sobald der Schalter 37 den Kontakt unterbrochen hat, wird das Brennstoffzuführungsventil i i unter der Wirkung der Feder 41 geschlossen, die an den Hebelarm 31- angreift. Mit dem Schalter 37 liegt ein Kontaktpaar 42 in Reihe, das in Abhängigkeit vom Frischdampfdruck vor der Turbine gesteuert wird. Die Kontakte 42 sind normalerweise durch eine Kontaktbrücke 4.3 überbrückt, die an eine Stange 44 der Membran 45 eines Druckmessers 46 angeschlossen ist. Auf die Unterseite der Membran 45 wirkt der in der Einlaßleitung 18 der Turbine herrschende Druck, während die Oberseite der Membran unter dem Einfluß einer Druckfeder 47 steht. Die Brücke 43 wird entgegen der Wirkung der Feder 47 angehoben und unterbricht dadurch den Stromkreis, sobald der Druck im Einlaßrohr 18 der Turbine einen bestimmten Höchstwert überschreitet. Infolgedessen wird die Spule 32 stromlos, so daß sich das Brennstoffzuführungsventil schließt.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Turbinen i9 und 26 vorhanden, die beide mit Vorrichtungen versehen sind, die das Ventil i i schließen, sobald die Turbinen eine bestimmte Drehzahl überschreiten. Die Turbine ig ist mit einem Drehzahlregler 48 ausgerüstet, der von der Turbinenwelle angetrieben wird und mittels eines Ansatzes 49 einen Schalter 5o, 51 steuert, der von einer Feder 52 normalerweise geschlossen gehalten wird. Wenn die Drehzahl der Turbine einen bestimmten Wert überschreitet, wird der Ansatz 49 des Fliehkraftreglers nach unten bewegt, bis er den Schalter 5o, 51 öffnet. Die gleiche Einrichtung ist auch bei der Turbine 26 vorhanden; sie besteht aus den gleichartigen Teilen 53, 54, 55, 56, 57, deren Wirkung mit den entsprechenden Teilen 48, 49, 50, 51, 52 der Turbine ig übereinstimmt. Beim öffnen der Kontakte 5o, 51 und 55, 56 wird die Spule 32 stromlos, so daß sich das Brennstoffzuführungsventil i i des Kessels io schließt.
  • Im Stromkreis, in dem die beschriebenen Kontakte angeordnet sind, liegt ein weiterer Elektromagnet 64, 65 in Reihe mit den Kontakten, so daß die Spule 65, sobald einer dieser Kontakte geöffnet ist, keinen Strom erhält, In diesem Fall wird ein von dem Anker 64 gesteuertes Ventil 63 mittels einer Feder 66 geöffnet gehalten. Dieses Ventil 63, das also nur bei stillgesetzter Turbine geöffnet ist, liegt in einer Rohrleitung 6o, der aus einem nicht dargestellten Behälter Stickstoff oder ein anderes nicht oxydierendes Gas mit geringem Überdruck zugeführt wird; das Gas strömt über das Ventil durch Leitungen 61, 62 zu Dichtungskammern 58, 59, die verhindern, daß Außenluft durch die Wellenstopfbuchsen der Turbine hindurch in das Gehäuse eindringt. Dies ist bei Quecksilberdampfturbinen deshalb erforderlich, weil sonst das Quecksilber oxydieren würde.
  • Es wird also bei der Anlage nach der Erfindung das Brennstoffzuführungsventil ii geschlossen und gleichzeitig das Zuführungsventil 63 für das Dichtungsgas geöffnet, wenn i. die Temperatur des flüssigen Quecksilbers vor dem Verdampfer 13 einen bestimmten Wert übersteigt, 2. der Druck des flüssigen Quecksilbers vor dem Verdampfer 13 einen bestimmten Wert unterschreitet, 3. beide Umstände gleichzeitig in einem bestimmten Verhältnis zueinander auftreten, 4. der Frischdampfdruck in der Einlaßleitung 18 der Turbine i9 einen bestimmten Wert übersteigt, 5. die Drehzahl einer der beiden Turbinen einen bestimmten Wert übersteigt.
  • In manchen Fällen besteht kein Anlaß zur Verhinderung der Verdampfung innerhalb der Heizelemente, beispielsweise bei geringer Belastung. Daher ist die Einrichtung getroffen, daß der druck- und temperaturabhängig gesteuerte Schalter 37 außer Wirkung gesetzt wird, wenn die Turbine unterhalb einer bestimmten Mindestlast, beispielsweise ein Drittel der Vollast, betrieben wird. Zu diesem Zweck ist eine in Abhängigkeit von der Belastung auf den Druck ansprechende Vorrichtung angeordnet, die aus einem Gehäuse 67 besteht, das durch eine Membran 68 in zwei Hälften unterteilt ist. Der unterhalb der Membran befindliche Teil steht durch ein Rohr 69 mit einer Hochdruckstufe, zweckmäßig der ersten Druckstufe der Turbine, in Verbindung. Dieser Druck ist proportional der Belastung der Turbine. An der Membran ist eine Stange 7o befestigt, die durch eine Feder 71 nach unten gedrückt wird. Am oberen Ende der Stange ist eine Kontaktbrücke 72 befestigt, die mit zwei Kontakten 73 zusammenwirkt. Diese Kontakte sind mit Leitungsdrähten 74, 75 derart an den Stromkreis des Druck- und Temperaturanzeigers 38 bis 4o angeschlossen, daß der Schalter 37 bei geschlossenem Kontakt 73 überbrückt ist. Fällt die Belastung der Turbine i9, so daß also der Druck in der ersten Stufe sinkt, so drückt die Feder 71 die Membran. 68 nach unten, bis bei einem bestimmten Druck- bzw. Belastungsabfall der Kontakt 73 geschlossen wird und der Schalter 37 kurzgeschlossen ist. Wenn sich nun in diesem Fall der Schalter 37 öffnet, wird der Stromkreis keineswegs unterbrochen, so daß der druck- und temperaturabhängige Schalter unwirksam gemacht ist und der Kessel weiter in Betrieb bleibt.
  • Nach der Erfindung ist ferner eine Einrichtung zur Regelung der die Heizelemente 12 durchströmenden Flüssigkeitsmenge vorgesehen. Diese Flüssigkeitsmenge wird durch Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit erhöht, wenn die Temperatur bei konstantem Druck ansteigt oder der Druck bei konstanter Temperatur abnimmt, d. h. also in Abhängigkeit von der Verdampfung innerhalb der Heizelemente. Zu diesem Zweck wird die Umwälzpumpe 14, welche die Flüssigkeit in die Heizelemente ia drückt, vom Motor 76 angetrieben, dessen Drehzahl regelbar ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antriebsmaschine ein Gleichstrommotor. In Reihe mit dem Motorfeld 77 liegt ein Widerstand 78, der normalerweise mittels eines Relais 79, 8o kurzgeschlossen ist. Die Spule 8o dieses Relais liegt in Reihe mit den Schalter 37. Wenn bei geöffnetem Schalter 37 der Stromkreis unterbrochen ist, ist auch die Spule 8o stromlos, so daß das Relais unter dem Einfluß einer Feder 81 den Kurzschluß des Widerstandes 78 aufhebt und der Stromdurchfluß durch die Feldwicklung 77 vermindert wird. Infolgedessen steigt die Drehzahl des Motors 76 und daher diejenige der Pumpe 14, so daß sie eine größere Flüssigkeitsmenge in die Heizelemente fördert.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Regel- und Überwachungseinrichtung für eine Kraftanlage mit Quecksilber als Erststoff und einem anderen Stoff (z. B. Wasser) als Zweitstoff, bei der das Quecksilber zuerst in einem Erhitzer unter Druck ohne Dampfbildung erhitzt und dann in einem oder mehreren nachgeschalteten Dampfentwicklern unter Entspannung teilweise verdampft wird, nach Patent 622 69o, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungsleitung (17) zwischen dem Quecksilbererhitzer (io) und dem diesem nachgeschalteten Quecksilberdampfentwickler (13) eine auf Druck-und Temperaturänderungen der zum Quecksilberdampfentwickler strömenden Flüssigkeit ansprechende Vorrichtung (38, 4o) eingeschaltet ist, die das Brennstoffzuführungsventil (ii) des Quecksilbererhitzers bei Über- bzw. Unterschreitung bestimmter Temperatur- bzw. Druckwerte selbsttätig schließt.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Druck-und Temperaturänderungen des dem Dampfentwickler (i3) zuströmenden flüssigen Quecksilbers ansprechende Vorrichtung (38, 4o) selbsttätig außer Wirkung gesetzt wird, sobald die Leistung .der mit Quecksilberdampf betriebenen Turbine (i9) einen bestimmten Wert unterschreitet.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffzuführungsventil (ii) in Abhängigkeit von dem in der Frischdampfeinlaßleitung (i8) einer von der Quecksilberdampferzeugungsanlage (io, 13) gespeisten Turbine (ig) herrschenden Druck selbsttätig geschlossen wird, sobald dieser Druck einen bestimmten Wert überschreitet. .a..
  4. Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffzuführungsventil (ix) in Abhängigkeit von der Drehzahl der mit Ouecksilberdampf betriebenen Turbine (i9) selbsttätig geschlossen wird, sobald die Drehzahl einen bestimmten Wert überschreitet.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schließen des Brennstoffzuführungsventils (ii) gleichzeitig und selbsttätig ein Ventil (63) geöffnet wird, das ein Dichtungsgas, z. B. Stickstoff, in je eine Kammer (58 bzw. 59) leitet, welche die Austrittsstellen der Turbinenwelle der mit Quecksilberdampf betriebenen Turbine aus dem Turbinengehäuse umschließen und das Eindringen von Außenluft in die Turbine verhindern.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des durch den Erhitzer (1o) gedrückten flüssigen Quecksilbers in Abhängigkeit von dem Druck und der Temperatur des den Erhitzer verlassenden flüssigen Quecksilbers geregelt wird.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine das flüssige Quecksilber durch den Erhitzer (io) fördernde Pumpe (i4) von einem Elektromotor (76, 77) angetrieben wird, dessen Drehzahl in Abhängigkeit von dem Druck und der Temperatur des den Erhitzer verlassenden flüssigen Quecksilbers geregelt wird.
DEA83723D 1936-07-22 1937-07-22 Regel- und UEberwachungseinrichtung fuer eine Kraftanlage mit Quecksilber als Erststoff und einem anderen Stoff (z.B. Wasser) als Zweitstoff Expired DE671197C (de)

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