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Einrichtung zur Regelung der Temperatur des von Zwangsdurchlaufkesseln
erzeugten Dampfes Es ist bekannt, bei Zwangsdurchlaufkesseln die Feuerregelung einem
Temperaturimpuls zu unterstellen, der von dem aus dem Kessel austretenden Dampf
abgeleitet wird. Eine solche Regelung hat den Nachteil, daß sie den tatsächlichen
Vorgängen im Kessel mehr oder weniger stark nacheilt und daß infolgedessen leicht
Pendelungen eintreten. Daß die Regelung nacheilt, ist darauf zurückzuführen, daß
sich eine Änderung der Beheizung immer erst dann am Kesselende als Dampftemperaturänderung
bemerkbar machen kann, wenn das im Augenblick der Beheizungsänderung in den Kessel
eintretende Arbeitsmittel an jene Stelle gelangt ist. Da die Durchlaufzeit des Arbeitsmittels
im allgemeinen mehrere Minuten beträgt, so kommt der Regelimpuls also immer in einem
sehr beträchtlichen Maße zu spät.
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Mit einer Vorverlegung der Irnpulsentnahmestelle entgegen der Strömungsrichtung
des Arbeitsmittels läßt sich kaum eine Verbesserung der Verhältnisse erreichen,
da man den Impulsentnahmepunkt nur bis an die Stelle der beginnenden Überhitzung
vorschieben kann. Die sich hieran anschließende Verdampfungsheizfläche kann bekanntlich
nicht für die Entnahme von Temperaturimpulsen herangezogen werden, da das in dieser
Heizfläche eingeschlossene Arbeitsmittel unabhängig von der Belastung des Kessels
immer die gleiche Temperatur, und zwar die Sattdampftemperatur, die dem Betriebsdruck
entspricht, besitzt. Es bleibt noch die Möglichkeit, den Impuls vom Vorwärmer abzuleiten.
Aber auch diese Möglichkeit erweist sich nicht immer als brauchbar, da einerseits
die Temperaturänderungen, die im Vorwärmer auftreten, verhältnismäßig gering sind
und man andererseits, weil dieser Impuls zu früh kommt, dabei einen zu großen Teil
des Kessels, der hinter der Impulsentnahmestelle liegt, unkontrolliert sich selbst
überlassen muß. Auch ein Summenimpuls, der sich teils aus einem vom Vorwärmer, teils
vom überhitzer abgeleiteten Impuls zusammensetzt, ist nicht immer brauchbar, da
sich auch in dieser Zusammensetzung entweder der eine oder der andere Impuls durchsetzt,
deren jeder, wie vorstehend erläutert wurde, zu ungelegener Zeit zustande kommt.
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Der Erfindungsgegenstand weist nun einen grundsätzlicfi neuartigen
Weg, einen in kürzerem Zeitabstand auf eine Änderung der Beheizung des Kessels folgenden
Temperaturimpuls zu gewinnen. Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Einrichtung
zur Regelung der Temperatur des von Zwangsdurchlaufkesseln erzeugten Dampfes der
eigentlichen Kesselheizfläche eine im Heizstrom liegende Nebenheizfläche mit einer
der ersteren gegenüber geringen Durchlaufzeit
zugeordnet ist und
die Temperaturänderungen des in der Nebenheizfläche strömenden Mittels zu Regelzwecken
für den Kessel benutzt werden, wobei. die Nebenheizfläche so angeordnet oder die
von den Temperaturänderungen des in ihr strömenden Mittels beeinflußte Steuereinrichtung
so ausgebildet ist, daß die Temperaturänderungen des die Nebenheizfläche durchströmenden
Mittels ein Abbild der Temperaturänderungen des aus dem Kessel austretenden Dampfes
liefern bzw. die Steuereinrichtung selbsttätig den Temperaturänderungen des Arbeitsdampfes
entsprechende Regelimpulse auslöst, um eine gleichbleibende Dampftemperatur am Kesselende
einzuregeln. Der Fortschritt dieses Vorschlages ergibt sich daraus, daß es durch
seine Anwendung möglich ist, die Größe, die bisher das Zustandekommen. des Temperaturimpulses
verzögerte, nämlich die Durchlaufzeit des Arbeitsmittels, beliebig klein zu machen.
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An sich kann man die Nebenheizfläche, die von einem einzigen verhältnismäßig
dünnen Rohrstrang gebildet werden kann, an beliebiger Stelle dem Heizgasstrom des
Kessels aussetzen und jede beliebige Form geben. In diesem Falle werden sich jedoch
Änderungen in der Beheizung des Kessels nicht immer in einem gleichbleibenden Verhältnis
auf die eigentliche Kesselheizfläche und die Nebenheizfläche auswirken, d. h. die
am Ende der Nebenheizfläche auftretenden Dampftemperaturen werden nicht immer ohne
weiteres ein getreues Abbild der Temperaturen am Kesselende sein. Das schließt aber
nicht aus, daß von den von der Nebenheizfläche abgenommenen Temperaturimpulsen die
Feuerungsregelung doch vorgenommen wird. Um eine einwandfreie Regelung zu erhalten,
hat man nur nötig, die jeweilige Größe des Impulses entsprechend berichtigt auf
die Feuerregelung zur Einwirkung kommen zu lassen, wozu in der Regeltechnik die
verschiedensten Mittel zur Verfügung stehen, wie beispielsweise die geeignete Anwendung
von Kurvenscheiben, von gestaffelten Widerständen und ähnliches mehr.
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In der Regel wird man sich mit dieser Lösung aber nicht zufrieden
geben und danach trachten, die Nebenheizfläche auf solche Weise der eigentlichen
Kesselheizfläche, die nachfolgend kurz als Hauptheizfläche bezeichnet wird, zuzuordnen,
daß die Temperaturänderungen am Ende der Nebenheizfläche bei einer Änderung der
Beheizung des Kessels denen am Ende der Hauptheizfläche verhältnisgleich sind.
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Um das zu erreichen, wird vorgeschlagen," die Hauptheizfläche und
die Nebenheizfläche wenigstens angenähert die gleichen Wärmetonen im Kessel durchlaufen
zu lassen. Unter Umständen ergibt sich aber auch auf diese Weise noch nicht immer
eine genügende Proportionalität der Temperaturänderungen am Ende der Haupt- und
Nebenheizfläche, so daß es sich empfiehlt, außerdem das jeweilige Größenverhältnis
der Nebenheizfläche zur Hauptheizfläche in den aufeinanderfolgenden Zonen gleicher
Brenngastemperatur wenigstens angenähert gleich groß zu machen.
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Um am Ende der Nebenheizfläche möglichst eindeutige und große Temperaturänderungen
zu erhalten, wird erfindungsgemäß ferner vorgeschlagen,- die Nebenheizfläche in
der Weise mit einer Flüssigkeit, die auch ein Teil des Kesselspeisewassers selbst
sein kann, zu speisen"daß diese die genannte Heizfläche, ohne Dampf zu bilden, durchströmt.
Würde man eine Dampfbildung zulassen, so würde die Nebenheizfläche längs einer gewissen
Strecke, innerhalb der eine Verdampfung stattfindet, eine gleichbleibende Meßflüssigkeitstemperatur
aufweisen, also eine Strecke enthalten, die für den vorliegenden Zweck geradezu
überflüssig ist. An dieser Stelle sei noch bemerkt, daß es sich unter Umständen
empfiehlt, um am Ende der Meßstrecke möglichst hohe Temperaturen und damit große
Temperaturänderungen zu erhalten, die Nebenheizfläche etwa mit 01 zu speisen. An
Stelle einer Flüssigkeit kann man durch die Nebenheizfläche aber auch ein Gas hindurchschicken,
was deshalb vorteilhaft sein kann, weil der Strömungswiderstand eines Gases geringer
ist als der einer Flüssigkeit, so daß die Durchlaufzeit des strömenden Mittels der
Nebenheizfläche besonders klein gemacht werden kann.
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Die Speisung der Nebenheizfläche kann man entweder so durchführen,
daß sie ständig der bei Belastungsänderungen des Kessels sich ändernden Speisung
der Hauptheizfläche verhältnisgleich ist oder aber daß sie unabhängig von Belastungsänderungen
des Kessels dauernd unverändert aufrechterhalten wird. In dem zweiten Falle muß
beachtet werden, daß sich bei Belastungsänderungen des Kessels am Ende der Nebenheizfläche
Temperaturänderungen ergeben, während die Temperatur am Ende der Hauptheizfläche,
sofern bei der Änderung der Kesselbelastung die Wärme- und Arbeitsmittelzufuhr gleichzeitig
in entsprechendem Maße verändert worden sind, gleichbleibt. Es würde infolgedessen
von dem Temperaturmesser am Ende der Nebenheizfläche ein auf die Feuerung einwirkender
Regelimpuls ausgehen, der fälschlicherweise die Wärmezufuhr verändert. Dem kann
man jedoch auf einfache Weise dadurch begegnen, daß man auf die Regeleinichtung
einen Kompensationsimpuls einwirken
läßt, der selbsttätig bei Belastungsänderungen
ausgelöst wird und dessen Größe der Größe der Belastungsänderung entspricht. Verwendet
man als Temperaturmesser am Ende der Nebenheizfläche ein Widerstandsthermometer
und baut man die Regeleinrichtung in an sich bekannter Weise so auf, daß unter Anwendung
einer Wheatstonschen Brücke bei Temperaturänderungen der Widerstand in dem einen
Zweig und damit das Gleichgewicht der Brücke gestört wird, so kann man die vorstehend
gegebene Anweisung in einfacher Weise dadurch verwirklichen, daß man eine Störung
des Brückengleichgewichtes verhütet, indem man in einen entsprechend anderen Zweig
der Brücke einen Widerstand einschaltet, der bei Laständerungen in entsprechendem
Sinne und entsprechendem Maße verändert wird.
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An Stelle einer Wheatstonschen Brücke kann man aber auch jede andere
elektrische oder hydraulische Regeleinrichtung benutzen. Verwendet man beispielsweise
einen Kontaktzeigerregler, dessen Zeigerausschläge den Temperaturänderungen am Ende
der Nebenheizfläche entsprechen, so kann man eine Falschregelung bei Belastungsänderungen
des Kessels auf einfache Weise dadurch verhüten, daß man die beiden Gegenkontakte,
mit denen der Zeigerkontakt zusammenarbeitet, bei Belastungsänderungen des Kessels
nach der einen oder anderen Richtung hin sinngemäß verschiebt.
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Eine Falschregelung kann auch dadurch unter Umständen eintreten, daß
sich die Temperatur des in die Hauptheizfläche oder die Temperatur des in die Nebenheizfläche
eingespeisten Mittels verändert. Notwendigenfalls muß man deshalb auch diese beiden
Einflüsse berücksichtigen. Bei Anwendung von Widerstandsthermometern an den Einspeisungsstellen
der beiden Heizflächen und gleichzeitiger Anwendung einer Wheatstonschen Brücke
läßt sich das in einfacher Weise dadurch erreichen, daß man in die Brückenzweige
die entsprechenden Widerstandsthermometer einschaltet, deren Widerstandswerte sich
sinngemäß mit den Temperaturen an den Einspeisungsstellen verändern. Bei Anwendung
eines hydraulischen Reglers lassen sich Temperaturänderungen der eingespeisten Mittel
durch entsprechend ausgebildete Zwischengestänge des Reglers beaufsichtigen; bei
Anwendung eines Kontaktzeigerreglers kann dies in ebenso einfacher Weise dadurch
geschehen, daß man das Mit dem Zeigerkontakt zusammenarbeitende Gegenkontaktpaar
in entsprechendem Sinne nach der einen oder anderen Richtung verstellt. Soll dabei
gleichzeitig, wie vorher beschrieben wurde, eine Falschregelung verhütet werden,
wie sie durch Belastungsänderungen des Kessels eintreten könnte, so muß maii den
Antrieb, der das Gegenkontaktpaar verstellen soll, als Mehrfachdifferentialgetriebe
ausführen, das gestattet, ohne gegenseitige Beeinträchtigung das Kontaktpaar jeweils
so zu verstellen, wie es eine Belastungsänderung oder eine Änderung der einen oder
anderen der Temperaturen der eingespeisten Mittel erfordert.
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Die Regler können in allen Fällen mit oder ohne Rückführungseinrichtung
ausgeführt sein. Finden Regler mit Rückführung Verwendung, so erfolgt die Zurückführung
der Temperaturen am Ende der Nebenheizfläche auf den Ausgangswert von der Feuerungsseite
des Kessels her. Falls diese Rückführung zu schleichend erfolgt, so daß die Gefahr
besteht, daß bei der Regelung Pendelungen eintreten, empfiehlt es sich, die Rückführung
in den Regler selbst hineinzuverlegeny Dabei kann die Rückführung starr oder isodromwirkend
erfolgen. Wie die Rückführung bei Anwendung einer Wheatstonschen Brücke, eines hydraulischen
Reglers oder eines Zeigerkontaktreglers im einzelnen erreicht werden kann, ist an
sich bekannt und für den Erfindungsgegenstand als solchen ohne Bedeutung. Es erübrigt
sich deshalb, an dieser Stelle hierauf näher einzugehen.
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Es könnte vielleicht noch der Einwand gemacht werden, daß die neue
Regeleinrichtung wirtschaftlich nicht tragbar wäre, weil die Wärmemenge, die der
Nebenheizfläche zugeführt und damit der Hauptheizfläche entzogen wird, recht beträchtlich
ist. Falls darin aber tatsächlich ein Nachteil der neuen Regeleinrichtung gesehen
werden sollte, bat man nur nötig, das aus der Nebenheizfläche austretende Mittel
einem Wärmeaustauscher zuzuführen, in welchem die der Nebenheizfläche zugeführte
Wärme wiedergewonnen und für irgendwelche Zwecke nutzbar gemacht werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Figuren
dargestellt. In Fig. i ist die eigentliche Kesselheizfläche oder Hauptheizfläche,
die der Erzeugung des Nutzdampfes dient, mit i, die Nebenheizfläche mit 2 bezeichnet.
Beide Heizflächen werden von einer gemeinsamen Kesselfeuerung beheizt, die bei 3
andeutungsweise dargestellt ist. Wie durch die Pfeile q. bis 6 angedeutet ist, wird
durch die Feuerung sowohl die Heizfläche i wie die Heizfläche :2 beheizt. Die Heizfläche
i wird durch eine Pumpe 7, die Nebenheizfläche 2 durch eine Pumpe 8 gleichbleibender
Leistung gespeist. Der erzeugte Dampf aus der Heizfläche i tritt aus der Leitung
9 aus. Das aus der Nebenheizfläche 2 austretende Mittel wird durch die
Leitung
io abgeleitet. In dieser Leitung ist ein Temperaturmeßgerät i i angeordnet; ebenso
befinden sich in der Zuleitung 12 zur Heizfläche 2 und in der Zuleitung 13 zur Heizfläche
i Temperaturmeßgeräte 14 bzw. 15. Die Nebenheizfläche ist durch die Leitungen 16,
17, 18 und i9 in einen Kreislauf eingeschaltet, in welchem ein Wärmeaustauscher
20 angeordnet ist.
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Fig. 2 zeigt die bereits erwähnte Regeleinrichtung, bei welcher eine
Wheatstonsche Brücke zur Anwendung gelangt. In die vier Zweige dieser Brücke sind
vier Widerstände a1, 22, 23 und 24 eingesetzt. Die Anordnung ist so gewählt,
daß sich die Widerstandswerte der Widerstände 21, 22 und 23 entsprechend den Temperaturänderungen
an den Temperaturmeßstellen 11, 14 und 15 ändern. Der Widerstand 24 kann durch einen
Schieber 25 verändert werden, der sich selbsttätig verschiebt, sobald die Belastung
des Kessels herauf- oder heruntergeht. In den eigentlichen Brückenzweig 26 ist ein
Gerät 27 eingeschaltet, das, sobald durch die Brückenleitung 26 ein Ausgleichstrom
fließt, die Drehzahl des Motors 28, der eine Brennstofffördereinrichtung 29 und
gegebenenfalls ein Verbrennungsluftgebläse antreibt, im Sinne einer Drehzahlerhöhung
oder Verminderung steuert. Der Motor 28 kann, wie durch die gestrichelte Linie 3o
angedeutet sein soll, zugleich auch einem sogenannten Generalregler unterstellt
sein, der gestattet, die Belastung des Kessels dadurch zu verändern, daß gleichzeitig
die Fördereinrichtungen für den Brennstoff, -die Verbrennungsluft und das Speisemittel
geregelt werden.
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Die Wirkungsweise der Anlage im Betrieb ist folgende: Solange die
Anlage im Beharrungszustande ist, befindet sich auch die Brücke im Gleichgewicht.
Es fließt also durch die Brückenleitung 26 kein Strom. Die Brennstoffördereinrichtung
29, die Speisepumpe 7 und die nicht dargestellte Verbrennungsluftfördereinrichtung
laufen mit bestünmten Drehzahlen um, und der Kessel liefert eine dementsprechende
Dampfmenge von bestimmter Temperatur.
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Wird jetzt beispielsweise unter Benutzung des erwähnten Generalreglers
die Belastung des Kessels heraufgesetzt, so tritt bei konstant bleibender Speisung
der Nebenheizfläche 2 folgendes ein: Unter der Voraussetzung, daß der Generalregler
so arbeitet, daß sich hierbei die Zufuhr von Brennstoff, Arbeitsmittel und Verbrennungsluft
in dem Verhältnis zueinander ändern, daß der aus der Leitung 9 austretende Dampf
nach wie vor die gleiche Temperatur aufweist, würde sich dennoch infolge der veränderten
Beheizung der Nebenheizfläche :2 an der Meßstelle i i eine Temperaturerhöhung ergeben.
Diese Temperaturerhöhung beeinflußt aber die Fördereinrichtung 29 nicht, da gleichzeitig
mit der Belastungserhöhung durch Verschieben des Schiebers 25 der Widerstand 2q
in einem solchen Maße verändert wird, daß das Brückengleichgewicht durch die Änderung
des Widerstandes 21 nicht gestört wird. Man kann also den Kessel herauf- oder herunterregeln,
ohne daß von der Meßstelle ii aus eine Falschregelung der Feuerung eintreten würde.
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Ein anderer Fall, bei dem die Feuerungsregelung nicht wirksam werden
kann, ist der, daß die Temperatur des in die Nebenheizfläche 2 eingespeisten Mittels
steigt oder sinkt. Steigt die Temperatur beispielsweise an der Stelle 14., so steigt
sie auch an der Stelle i i. Der Temperaturanstieg an der Stelle i i löst aber deshalb
keinen auf die Fördereinrichtung 29 einwirkenden Regeleingriff aus, weil die beiden
Widerstände 21 und 22, die sich mit Temperaturänderungen an den Stellen i i und
14 verändern, an solchen Stellen in den Brückenstromkreis eingeschaltet sind, daß
ein gleichzeitiges Anwachsen oder Absinken der Temperaturen an den Stellen i i und
14. kompensiert wird, die Brückenleitung 26 also stromlos bleibt.
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Nur in zwei Betriebsfällen kommt ein tatsächlicher Regeleingriff zustande.
Der eine Fall ist der, daß sich im Beharrungszustand des Kessels ,aus irgendeinem
Grunde die Beheizung des Kessels ändert, der andere Fall tritt dann ein, wenn die
Temperatur des in die Hauptheizfläche i eingespeisten Mittels an der Stelle 15 steigt
oder sinkt.
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In dem zuerst genannten Falle ändert sich der Widerstandswert des
Widerstandes 21 entsprechend der Temperaturänderung an der Meßstelle i i, wodurch
ein Regelimpuls ausgelöst wird.
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In dem zweiten Falle kommt ganz ähnlich wie in dem ersten ein Regeleingriff
dadurch zustande, daß der Widerstand 23, dessen Widerstandswert sich mit der Temperatur
an der Stelle 15 ändert, das Gleichgewicht der Brücke stört. Dadurch wird ein Ausgleichsstrom
in der Brückenleitung 26 hervorgerufen, der über das Gerät 27 den Motor 28 bzw.
die Fördereinrichtung 29 in entsprechendem Sinne verstellt.