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Einrichtung zur selbsttätigen elektrischen Regelung der Wasser-, Brennstoff-
und Luftzufuhr zu Dampfkesseln, die -nur eine geringe Speicherfähigkeit haben Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur selbsttätigen elektrischen Regelung der
Wasser-, Brennstoff- und Luftzufuhr zu solchen Dampfkesseln, die nur eine geringe
Speicherfähigkeit haben, in Abhängigkeit von der Belastung der Anlage mit zusätzlicher
Beeinflussung der Wärmezufuhr durch die Dampftemperatur zwecks deren Gleichhaltung.
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Das Wesen der Erfindung ist, daß zur gleichzeitigen Ermittlung der
drei Hauptregelgröß,en (Wasser, Brennstoff, Luft) empfindliche Meßgeräte dienen
und daß diese Meßgeräte elektrische Widerstände verstellen, die einzeln in Brückenschaltungen
liegen, welche außerdem je einen von dem Hauptbelastungsmesser gesteuerten Widerstand
enthalten. Dabei sind an diese Brücken die Verstellmotoren für die Zufuhrregelung
der drei Größen zum Kessel über Gas- oder Dampfentladungsröhren angeschaltet, wobei
die zusätzliche, unmittelbar auf die Brennstoffzufuhr einwirkende Temperaturregelung
in Abhängigkeit sowohl von den Schwankungen der Temperatur selbst als auch von dem
zeitlichen Verlauf der Temperaturschwankungen erfolgt.
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Bei Dampfkesselreglern ist an sich die Verwendung von Meßgeräten,
elektrischen Brückenschaltungen, in denen jeweils ein von dem Hauptbelastungsmesser
und ein von der eingeregelten Betriebsgröße verstellter Widerstand liegen, sowie
von Gas- oder Dampfentladungsröhren bekannt. Jedoch wird durch den Erfindungsgegenstand,
der diese bekannten Merkmale neben dem Temperaturregler gleichzeitig anwendet, eine
Regeleinrichtung geschaffen, die eine schnelle, praktisch trägheitslose Regelung
bewirkt, die für Kessel mit geringem Wasserinhalt wegen der geringen Wärmespeicherfähigkeit
solcher Kessel vorteilhaft ist, wobei hydraulische Steuerleitungen und bewegliche
Kontakte fehlen. Weitere Vorteile bietet diese Einrichtung durch ihre Pendelfreiheit
und durch ihre große Ansprechungsempfindlichkeit, wobei durch den zusätzlichen Temperaturregler
eine genaue Temperaturregelung erzielt wird.
Fig. i stellt die Anordnung
und Schaltung einer Ausführungsform dar, Fig.2 zeigt die Schaltung der beispielsweise
verwendeten thermischen Rückführung,. Fig. 3 gibt die Schaltung dafür wieder, daß
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als Verstellmotor ein Nebenschlußmotor Verwendung findet, und Fig.
q. zeigt die Anordnung eines zusätzlichen Temperaturreglers.
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Der Kessel i der Fig. i enthält die Erhitzerschlange 2 mit ihrer Rohrzuleitung
3. Das Wasser wird mittels der Pumpe 4 über einen Wassermengenmesser 5 zugeführt.
Die Erhitzung des Kessels erfolgt durch Brenner 6, deren Speisung durch die Pumpe
8 über die Zubringerleitung 7 mit einem Brennstoffmesser 9 erfolgt. Als Brennstoff
gelangen Öl, Gas oder Kohlenstaub zur Verwendung. Die Luft wird dem Kessel mittels
eines Ventilators durch das Ansatzrohr io zugeführt, in dem ein Luftmengenmesser
,49 angeordnet ist. Die Meßgeräte für die drei Hauptregelbäßen, Öl, Wasser und Luft,
verstellen drei Widerstände i i, 12, 13, die an entsprechenden Stellen in je einer
Brückenschaltung angeordnet sind. Die Verbindung erfolgt unter Zwischenschaltung
von kleinen Kurvenscheiben, die eine Charakteristik ermöglichen, welche den Eigenschaften
des Kessels angepaßt ist, derart, daß die notwendige Brennstoff-, Wasser- und Luftzufuhr
verhältnisgleich einem gewissen gleichen Widerstandswert zur Belastungseinheit wird.
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Die drei Brücken enthalten in ihren zweiten Zweigen je einen Widerstand
1q., 15, 16, die von dem Hauptregler 17 gesteuert werden. Dieser Regler 17 mißt
den Druck in der Verbraucherleitung 18, die über ein Ventil r9 zu dem Verbraucher,
beispielsweise einer Turbine 2o, führt. Es kann natürlich als Einflußgröße für den
Hauptregler auch eine andere für die Leistung maßgebende Größe genommen werden,
wie Drehzahl; Spannung, Menge usw.
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Die Brückenschaltungen werden vervollständigt durch weiter unten beschriebene
nachgiebige Rückführungen 21.
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In den Diagonalzweigen der Brücken liegen je ein Transformator 22,
23, 2q., die auf die Gitter von je zwei Gas- oder Dampfentladungsröhren 25, 26,
27 arbeiten. In den Anodenkreisen dieser Röhren liegen die Verstellmotoren 28, a9,
3o, die gemäß Fig. i als Hauptschlußmotoren geschaltet sind. Diese Motoren verändern
in geeigneter Weise durch Verstellen von Umlaufventilen 31, 32 und damit durch Drehzahlregelung
der Pumpen 8, ¢ sowie eines Drosselventils 33 die Zufuhr der Brennstoff-, Wasser-
bzw. Luftmenge.
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Die Arbeitsweise der Regeleinrichtung ist folgende: Bei mehr oder
weniger großer Dampfentnahme durch den Verbraucher ändert sich der Druck in der
Verbraucherleitung 18. Der Druckregler 17 verstellt dementsprechend die ,drei Widerstände
14., 15, 16, die in den drei Brückenschaltungen gegen die Rückmeldewiderstände i
i, 12, 13 ausgewogen werden. Weichen nun die Brücken von der Gleichgewichtslage
ab, so fließt in den Diagonalzweigen jeweils ein Strom, der über die Gittertransformatoren
je nach der Abweichungsrichtung der Brücke von der Nulllage die eine oder die andere
der Gas- oder Dampfentladungsröhren zum Zünden und damit die Verstellmotoren zum
Rechts- oder Linkslauf bringt. Der Motor läuft so lan-e. bis die Brücke wieder im
Gleichgewicht ist, was durch entsprechende Einstellung der Mengenmesser auf den
neuen Wert erreicht wird.
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Wesentlich für das einwandfreie Arbeiten der Regeleinrichtung ist
jedoch, daß das Verhältnis Wasser zu Öl durch einen besonderen Feinregler während
des Betriebes in an sich bekannter Weise selbsttätig berichtigt werden kann, wenn
der Heizwert des Öles und damit die Dampftemperatur sich ändert oder wenn der Kessel
und Feuerraum noch nicht durchgewärmt sind. Zu diesem Zweck wird ein Temperaturregler
34 verwendet, der einen Verhältnisschieber 35 in der die Brennstoffzufuhr steuernden
Ölbrücke verstellt und dadurch das Verhältnis Brennstoff zu Wasser regelt. Der Regler
34 wird gesteuert durch drei Thermoelemente, von denen das eine, 36, an einer geeigneten
Stelle, an der die Temperatur des überhitzten Dampfes im Kessel gemessen werden
kann, eingebaut ist. Die beiden anderen Thermoelemente 37 sind als Doppelelement
ausgebildet und mit dem zuerst genannten in Reihe, aber gegen dieses geschaltet.
Dieses Doppelthermoelement mißt die Temperatur an einer geeigneten vorherliegenden
Stelle der Rohrleitung, an der etwaige Temperaturschwankungen zuerst auftreten.
Hierdurch wird erreicht, daß der Einflut der Ölmengenregelung auf den Temperaturregler
sich sofort bemerkbar macht, und die Regelung wird hierdurch verbessert. Da- i bei
ist die eine Lötstelle des Doppelthermoelementes mit einer größeren Masse versehen
als die andere, so daß nur bei schnelleren Temperaturänderungen an der Meßstelle
eine Differenzspannung auftritt, während bei langsamen Änderungen der Einfluß der
verschiedenen Wärmekapazität und der Lötstelle keine Rolle spielt. Es erfolgt also
eine Regelung sowohl in Abhängigkeit von der Temperatur selbst als auch von ihrer
Änderungstendenz, d. h. auch in Abhängigkeit von der ersten Ableitung der Temperatur
nach der Zeit.
Weiterhin ist mit der Welle des Verstellmotors 28
für die Ölzufuhrregelung eine Nockenwelle 38 gekuppelt, die die Anzahl der jeweils
in Betrieb befindlichen Brenner 6 in an sich bekannter Weise derart regelt, daß
mit steigender Brennstoffzufuhr die Anzahl der in Betrieb befindlichen Brenner vermehrt
wird.
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Die in die drei Brücken eingefügten nachgiebigen Rückführungen 21
werden zweckmäßig so ausgebildet, wie sie in ihrer Schaltung durch Fig. 2 als thermische
Rückführungen dargestellt sind.
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In Fig. 2 bedeuten die Widerstände i i und 14 wiederum den Rückmelde-
und den Kommandowiderstand. Die beiden anderen Brückenzweige werden durch Platindrähte
dargestellt, die in einem U-förmig gebogenen Rohr derart angeordnet sind, daß sie
teilweise mit Quecksilber bedeckt sind und daß die Zuleitung zu dem Diagonalzweig
der Brücke von dem tiefsten Punkt des U-Rohres abzweigt. In den oberen Teilen des
U-Rohres befinden sich zwei niederohmige Heizwicklungen, die mit den beiden Feldwicklungen
42, 43 für Rechts- und Linkslauf des Verstellmotors 28 in Serie geschaltet sind.
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Wird nun das Gleichgewicht der Brücke gestört, so zündet die eine
oder die andere der beiden Röhren 25, und es wird dadurch eine der beiden Feldwicklungen
und gleichzeitig die entsprechende Heizwicklung erregt. Hierdurch tritt eine Verschiebung
der Quecksilbersäulen ein, derart, daß die Brücke vorzeitig wieder ins Gleichgewicht
gebracht wird. Hierdurch wird eine Überregelung des Motors verhindert, die dadurch
auftreten könnte, daß die Regelung der einzelnen Mengen eine gewisse Anlaufszeit
benötigt.
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Statt dieser thermischen Rückführung kann auch eine quecksilberlose
thermische oder andere nachgiebige Rückführung Verwendung finden. Die Ausführung
gemäß dem beschriebenen Beispiel ist nur besonders einfach und zweckmäßig.
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Soll nicht, wie durch die Darstellung in den Fig. i und 2 beschrieben,
ein Verstellmotor in Hauptschlußschaltung benutzt werden, sondern ein Nebenschlußmotor,
so finden zwei Doppelgitterröhren 39 Verwendung, die, wie Fig. 3 zeigt, als antiparallel
geschaltete Stromtoren,arbeiten. Die Brückenwiderstände i i, 14, 21 haben wieder
die gleiche- Bedeutung wie in den Fig. i und 2; ebenso stellt der Transformator
22 einen den Transformatoren 22, 23, 24 entsprechenden der vorangehenden Figuren
dar.
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Bei Abweichung der Brücke von der Gleichgewichtslage erhält der Anker
4o des Verstellinotors, der im Nebenschluß zu dem aus dem Netz gespeisten Feld 41
des Motors liegt, einen Strom in der einen oder der anderen Richtung.
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Die Einregelung der einzelnen Zufuhrmengen, die gemäß Fig. i durch
Regelung der Antriebsdrehzahl der Fördereinrichtungen auf mechanischem Wege dargestellt
ist, kann auch durch eine elektrische Drehzahlregelung von Motoren durch Einwirkung
auf hydraulische Kupplungen, Getriebe o. dgl. bewirkt werden.
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Weiterhin ist es für Kessel mit besonders geringer Speicherfähigkeit
für den Fall von sehr schnellen Belastungsschwankungen vorteilhaft, zusätzlich noch
einen an sich bekannten Temperaturregler vorzusehen, der eine größere Konstanz der
Dampftemperatur gewährleistet, als mit der beschriebenen, mit i bis 2 Minuten Verzögerung
behafteten Brennstoffregelung erreichbar ist.
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Gemäß der Fig. 4 ist ein zweiter Temperaturregler 44 verwandt, der
von einem in die Verbraucherleitung 18 eingeführten Thermoelement 45 abhängig ist.
Dieser Regler 44 steuert ein Ventil 46, welches ähnlich wie bei einem Dampfkühler
eine zusätzliche Menge Sattdampf oder wenig überhitzten Dampf durch eine Leitung
47, die, an geeigneter Stelle an die Erhitzerschlange 2 angeschlossen ist, zu dem
hoch überhitzten Dampf in der Verbraucherleitung 18 mittels eines Speichers 48 hinzuzufügen
gestattet.
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Da dieser zusätzliche Temperaturregler ohne Verzug anspricht und außerdem
die Einschaltung eines Speichers mit sich bringt, ist hierdurch ein Betrieb mit
völlig gleichbleibender Dampftemperatur ermöglicht. Dieser Regler wird also zweckmäßig
ergänzend mitwirken, wenn bei einem Kessel mit ganz besonders geringer Speicherfähigkeit
sehr schnelle Belastungsschwankungen auftreten können.