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Thermostatisch gesteuerter Differentialdruckregler beim Entfernen
unkondensierbarer Gase aus der Saügleitun£ von Kondensatoren Die Erfindung bezieht
sich auf thermostatisch gesteuerte Differenzdruckregler beim Entfernen unkondensierbarer
Gase aus der Saugleitung von Kondensatoren.
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Derartige Regler sollen nach Maßgabe der im Kondensator ausgeschiedenen
Gasmengen auf die Absaugevorrichtung einwirken, ohne daß größere Dampfmengen mit
entfernt werden.
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Die bekannten Regler .besitzen entweder zwei Behälter mit Schwimmer
und eine besondere Absaugevorrichtung, die aber Dampfverluste herbeiführt, oder
sie sind mit zwei Ausdehnungsrohren versehen, die aber zu träge arbeiten und auf
den Differenzdruck nicht sofort ansprechen. Ferner hat man in die Absaugevorrichtung
einen mit Ausdehnungsbalgen arbeitenden Thermostaten zur Regelung des Dampfventils
für die Absaugung verwendet, mit dem aber das Mengenverhältnis zwischen unkondensierbaren
Gasen und dem Restdampf nicht genau eingestellt werden kann.
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Gemäß der Erfindung ist nun ein Differenzdruckregler geschaffen, der
sehr empfindlich ist, also sofort anspricht. Er kann während des Betriebes auf die
abzusaugenden Gasmengen genau eingeregelt werden und hat die Wirkung, daß das Verhältnis
zwischen den abgesaugten unkondensierbaren Gasen und dem abgesaugten Dampf konstant
bleibt.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein teilweise mit Flüssigkeit
gefüllter, luftleerer Ausdehnungsbalgen, der vom Teildruck des Dampfes beeinflußt
wird, und ein vom Gesamtdruck des Gasdampfgemisches beeinflußter Ausdehnungsbalgen
von zwei entgegengesetzten Seiten entweder unmittelbar
auf ein in
der Saugleitung liegendes Doppelsitzventil oder unter Zwischenschaltung eines Schwinghebels
mit einstellbarem Drehpunkt auf dieses Ventil oder auf die Regelung des' Elektromotors
für den Antrieb der Saugpumpe einwirken. Da die Temperaturen von Gas und Dampf in
den Ausdehnungsbalecii sich in Druck umsetzen und der Difierenzdruck auch während
des Betriebes genau eingeregelt werden kann, so lassen sich, ohne daß größere Mengen
Dampf mit abgesaugt werden und dadurch Verluste an Kondensat eintreten: die abgeschiedenen
unkondensierbaren Gase abführen.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Einrichtung nach der Erfindung sind
auf der Zeichnung dargestellt.
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Fig. i zeigt die mit der Regelvorrichtung nach der Erfindung ausgerüstete
Kondensationseinrichtung in schaubildlicher Ansicht.
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Fig. 2 ist ein Schnitt durch einen Einzelteil der Regelvorrichtung
nach Fig. i.
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Fig. 3, .4 und 5 ?eigen teils in Ansicht, teils im Schnitt drei weitere
Ausführungsformen der Regeleinrichtung.
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Der zu kondensierende Dampf, beispielsweise der Abdampf einer Turbine,
wird der Kondensationseinrichtung durch ein Rohr io zugeführt. Die Kondensationseinrichtung
besteht aus mehreren parallel geschalteten Eint zelkondensatoren 14., 15, 16, die
durch Zweigrohre 11, 12, 13 an das Hauptzuführungsrohr io angeschlossen sind. Jeder
Einzelkondensator besteht aus je einer oberen und unteren Verteilungskammer 17 bzw.
-2o sowie aus einer oberen Sammelkammer ig. Die Kammer 17 ist durch Rohre i9 mit
der Kammer -2o und diese durch Rohre 2i mit der Kammer 1g verbunden. Die Kammern
und Rohre werden außen von einem Kühlmittel, z. B. Luft, umspült. Das Kondensat
wird durch Rohre 22 dem Hauptabführungsrohr 23 zugeleitet, aus dem es in einen Sarninelbebälter
oder Heißwasserspeicher strömt.
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Der in den Rohren i9 nicht kondensierte und in die Kammern 2o gelangende
Dampf strömt -zusammen mit den ihm beigemischten unkondensierbaren Bestandteilen
aufwärts durch die Rohre 21 in die Kammern 18. Dagegen wird der niedergeschlagene
Dampf als Kondensat aus den unteren Kammern -2o abgesaugt. Das Gemisch aus gesättigtem
Dampf und unkondensierbaren Gasen wird aus den Kammern 18 durch Rohre 25 in ein
Hauptabführungsrohr 26 geleitet und aus dein Rohr 26 mittels einer Pumpe 27 abgesaugt.
Die Pumpe 27 befördert das Gemisch ins Freie oder in einen nicht dargestellten nachgeschalteten
Hilfskühler. Die Pumpe 27 wird durch einen Elektromotor 29 angetrieben, der unmittelbar
mit der Pumpenwelle gekuppelt und geüber die Leiter 34 32 aus einem -Netz
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speist wird. Damit in jeder der Kammern 18 auch dann ein hinreichender
Unterdruck herrscht, wenn die Drücke in den Einzelkondensatoren voneinander abweichen,
sind in den Zuleitungen 25 zu den Rohren 26 Einsclinürungen oder düsenartige Verengungen
33 vorgesehen. Diese Düsen sind so bemessen, daß in dem Hauptabführungsrohr 26 stets
ein geringerer Druck herrscht als in irgendeinem der Einzelkondensatoren.
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Die den Einzelkondensatoren zuströmende Dampfmenge kann sich in Abhängigkeit
von den Betriebsverhältnissen der Dampfkraftanlage innerhalb weiter Grenzen ändern.
Infolgedessen kann sich auch das Mengenverhältnis zwischen der Luft oder den unkondensierbaren
Gasen und dem Dampf beträchtlich verschieben. Wenn dein Davipf eine nur geringe
Menge unkondensierbarer Gase beigemischt ist, kann es vorkommen, daß die Pumpe 27
durch das Rohr 26 eine beträchtliche 1lenge gesättigten Dampfes absangt. Dies ist
mit einem mehr oder weniger großen Wasserverlust verbunden. Wenn dagegen eine erhebliche
Menge unkondensierbarer Gase vorhanden ist, so wird die Wirksamkeit der Kondensationseinrichtung
durch deren ungenügende Absonderung wesentlich beeinträchtigt.
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Erfahrungsgemäß lassen es bei bestimmten Kraftwerksanlagen die beschränkten
Raumverhältnisse nicht zu, daß die Kondensationseinrichtung hinreichend leistungsfähig
ausgebildet wird, um bei allen vorkommenden Belastungen die gesamte anfallende Dampfmenge
zu kondensieren. Beispielsweise kann die Leistungsfähigkeit einer Kondensationseinrichtung
für Lokomotiven nur den normalen Betriebsverhältnissen angepaßt sein. Dabei muß
in Kauf genommen «-erden, daß durch das Absaugen der unkondensierbaren Bestandteile
ein gewisser Dampfverlust entsteht, der mit einem Wasserverlust identisch ist. Es
ist jedoch anzustreben, daß dieser Verlust praktisch so gering wie möglich ist.
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Aus diesem Grunde ist gemäß der Erfindung ein Differentialdruckregler
35 z. B. für die Drehzahlregelung eines Puiripenantriebsmotors 29 vorgesehen. Der
Regler 35 besteht aus einem Ausdehnungsbälgen 36, der mittels eines Rohres 37 unten
an ein Gefäß 38 angeschlossen ist. Dieses Gefäß liegt im Innern des Rohres 26. Das
Gefäß und der Balgen sind luftleer und teilweise mit Wasser gefüllt. Während des
normalen Betriebes wird das in dein Gefäß befindliche Wasser durch den das Rohr
26 durchströmenden Dampf bis zur Dampfbildung erhitzt. Der Dampf sammelt sich oberhalb
des Flüssigkeitsspiegels in dein Raum 34 (Abb. 2). Entsprechend dein in dem Raum
34 des Gefäßes 38 entstehenden Dampfdruck
wird der Balgen 36 gedehnt.
Der Dampfdruck, in dem Raum 34 entspricht der Temperatur des durch das Rohr 26 hindurchströmenden
Dampf-Luft-Gemisches und infolgedessen auch dem Druck, den der Wasserdampf innerhalb
des Gemisches hat. Über einem Rohr 40 steht ein zweiter Balgen 39 mit dem Innern
des Rohres 26 in Verbindung. Die beweglichen Enden der Balgen 36 und 39 sind
an einen-Schwinghebel 4r angeschlossen, der auf einer einstellbaren Schwinge 42
gelagert ist. Zum Ausgleich der Druckschwankungen der Außenluft ist ein luftleer
gepumptes Balgenpaar 43, 44 vorgesehen. Diese Balgen sind an dem Hebel 41 gegenüber
den Balgen. 39 und 36 angeschlossen. Der Hebel 41 ist mit seinem linken Ende über
einen Lenker 46 an das freie Ende eines Kontakthebels 47 angeschlossen. Der Kontakthebel
47 steuert einen elektrischen Widerstand 48, der im Speisestromkreis des Pumpenantriebsmotors
29 liegt.
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Die von den Balgen 36, 39 ausgeübten Kräfte stehen in dem gleichen
Verhältnis zueinander wie der im Rohr 26 herrschende Teildampfdruck zu dem in diesem
Rohr herrschenden Gesamtdruck. Bekanntlich setzt sich der in -dem Rohr 26 herrschende
Gesamtdruck aus der Summe des Luftdruckes und des von der Dampftemperatur abhängigen
Dampfdruckes zusammen..
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Die Stellung des Schwinghebels 41 entspricht daher dem Mengenverhältnis,
in dem die Luft und der Dampf innerhalb des Gemisches zueinander stehen.
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Die Schwinge 42 ist derart einstellbar, daß jedes gewünschte Verhältnis
eingestellt werden. kann, in dem der Gesamtdruck zu dem Teildruck des Dampfes steht.
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Wenn der Druck von dem gewünschten und vorher eingestellten Wert etwas
abweicht, werden die Hebel entsprechend verstellt, so daß die Drehzahl des Pumpenantriebsmotors
so lange geändert wird, bis das gewünschte Druckverhältnis wiederhergestellt worden
ist. Wenn also der Gehalt an Luft oder unkondensierbaren Gasen innerhalb des Rohres
26 steigt, so fällt die Gemischtemperatur, so daß der in dem Gefäß 38 zuvor entwickelte
Dampf wieder kondensiert. Der Balgen 36 zieht sich daher entsprechend zusammen,
wobei der Hebel 41 im Uhrzeigersinn geschwenkt wird. Infolgedessen wird aus dem
Speisestromkreis des Pumpenmotors 29 ein Teil des Widerstandes herausgenommen. Der
Motor wird daher entsprechend beschleunigt, so daß die Saugwirkung des Rohres 26
steigt und der Druck in diesem Rohr abnimmt. Dieser Druckabfall im Rohr 26 bewirkt
eine weitere Abnahme der Dampftemperatur, so daß der Balgen 36 noch weiter zusammengedrückt
wird. Diesem Vorgang wird jedoch dadurch entgegengewirkt, daß sich der Balgen 39
infolge der Abnahme des Gesamtdruckes in der Rohrleitung 26 zusammenzieht. Der Hebel
41 behält also seine eingestellte Lage bei. Wenn dagegen aus dem Rohr 26 eine größere
Dampfmenge abgesaugt wird, als dem gewünschten Wert entspricht, so überwiegt der
Druck im Balgen 36 den im Balgen 39 herrschenden Druck, so daß der Hebel 41 entgegen
dem Uhrzeigersinn geschwenkt und der in den Speisestromkreis des Pumpenantriebsmotors
eingeschaltete Widerstand vergrößert wird. In diesem Falle verringert sich die Drehzahl
des Pumpenantriebsmotors -29.
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Infolgedessen steigt der Druck im Rohr 26 und mit ihm auch der Druck
im Balgen 39, d. h. die Kraft, die dem Zurückschwenken des Hebels 41 in seine vorherige
Lage entgegenwirkt, wird im Hinblick auf den Anstieg der Dampftemperatur vergrößert.
Der Regler kommt also in seiner neuen Regelstellung zur Ruhe.
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Da die Regeleinrichtung in erster Linie zur Verwendung bei Kondensationsanlagen
für Lokomotiven bestimmt ist, deren Leistungsfähigkeit bei den stark veränderlichen
Lokomotivgeschwindigkeiten erheblich schwankt, muß ein Ausgleich für die Änderungen
des atmosphärischen Druckes geschaffen werden. Diesem Zweck dienen die Balgen 43,
44, die auf den Hebel 41 entgegen den durch die Balgen 39 und 36 ausgeübten Kräften
einwirken. Auf den Hebe141 werden also nur diejenigen Kräfte ausgeübt, die durch
den in dem Rohr 26 herrschenden Teildampfdruck und den in diesem Rohr herrschenden
Gesamtdruck verursacht werden.
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Anstatt den Regler35 zurDrehzahlregelung des Pumpenantriebsmotors
29 zu verwenden, kann er auch zur Steuerung eines im Saugrohr 26 angeordneten Ventiles
benutzt -werden. Eine solche Ausführungsform zeigt Fig.3. Die betreffende Regelvorrichtung
35 stimmt im wesentlichen mit der Regelvorrichtung nach Fig. 1 mit der einzigen
Ausnahme überein, daß der Hebel 41 mittels eines Lenkers 54 an einen Doppelhebel
55 angelenkt ist, der mit der Ventilstange 56 eines Ventiles 57 in Verbindung steht.
Die beiden Ventilteller sind zweckmäßig mit Bohrungen 58 versehen, um ein völliges
Schließen des Saugrohres 26 zu verhindern. Steigt die Dampfmenge innerhalb des Rohres
26, so dreht sich der Arm 41 entgegen dem Uhrzeigersinn. Das Ventil 57 -wird also
im Schließungssinn gesteuert, so daß der Gesamtdruck im Rohr 26 steigt.
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Nimmt dagegen der Anteil der unkondensierbaren Gase in dem das Rohr
26 durchströmenden Gemisch zu, so dreht sich der Arm 41 im Uhrzeigersinn. Infolgedessen
wird das Ventil 57 im Öffnungssinn gesteuert.
Auf diese Weise wird
in Übereinstimmung mit der Ausführungsform nach Fig. i ständig ein konstantes Mengenverhältnis
zwischen den unkondensierbaren Gasen und dem Dampf aufrechterhalten.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.4 ist der Regler als Ganzes in ein
Gehäuse 61 eingebaut, das innerhalb des Saugrohres liegt. Das Gehäuse 61 ist mit
einem Einlaß 62 und einem Auslaß 63 versehen, zwischen denen ein Ventil 64 liegt.
Die Einrichtung ist für beide Strömungsrichtungen verwendbar. Auf dem oberen Ende
der Ventilstange ist ein Balgen 65 vorgesehen, der luftleer gepumpt und teilweise
mit Wasser gefüllt ist.
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Der Balgen bewegt sich also unter dem Einfluß der Temperatur und des
anteilmäßigen Dampfdruckes des das Gehäuse durchströmenden Gemisches aus Dampf und
unkondensierbarenGasen. An dein unteren Ende der Ventilstange ist ein zweiter Balgen
66 befestigt, dessen Zustand von dem Gesamtdruck innerhalb des Gehäuses abhängt.
Der Balgen 66 gleicht die Wirkung des von außen auf den Balgen 65 entgegen der Wirkung
des durch den Dampf erzeugten Innendruckes ausgeübten Druckes aus. Die beiden Balgen
sind so bemessen, daß das Ventil bei norinalem Betrieb der Kondensationseinrichtung
eine beliebige Zwischenlage einnimmt, in der die unkondensierbaren Gase und der
Dampf des durch das Ventil hindurchströmenden Geinisches in dem richtigen Verhältnis
zueinander stehen. Wenn die Betriebsbedingungen der Kondensationseinrichtung sich
aus beliebigen Gründen ändern, so stellt sich das Ventil selbsttätig wieder so ein,
daß das Verhältnis zwischen unkondensierbaren Gasen und Dampf unverändert bleibt.
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Wenn beispielsweise bei vermehrter Belastung der Kondensationseinrichtung
die Dampfmenge anteilmäßig wächst, so steigt die Temperatur des Gemisches mit der
Wirkung, daß in dem Balgen 65 eine größere Dampfmenge erzeugt wird, bis der im Balgen
Cis herrschende Dampfdruck mit dein anteilinä ßigen Dampfdruck innerhalb des Geinisches
übereinstimmt. Sobald sich der Balgen 65 ausdehnt, bewegt sich das Ventil im Schließungssinn;
wenn die Luftmenge innerhalb des Gemisches anteilmäßig wächst, so fällt bei gegebenem
Druck die Temperatur, so daß der Balgen 65 zusammengedrückt und das Ventil im Öffnungssinne
bewegt wird. Die beiden Balgen 65, 66 bestimmen also das Verhältnis, in dein die
unkondensierbaren Gase und der Dampf in dem Gemisch vertreten sind. Da die druckbeeinflußten
Glieder 65, 66 bei der Ausführungsform nach Fig..I und 5 innerhalb eines
Gehäuses eingeschlossen sind, brauchen sie nicht gegenüber Änderungen des atmosphärischen
Druckes ausgeglichen zu werden.
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Die Teller des Ventils 64 sind mit verhältnismäßig kleinen Bohrungen
67 ausgerüstet, durch die auch bei geschlossenem Ventil eine beschränkte Menge des
Gemisches hindurchtritt. Auf diese Weise wird verhindert, dal3 das Absaugen der
unkondensierbaren Gas:. völlig eingestellt wird, und erreicht. <1a13 die von
außen auf die Balgen 65, 66 ausgeübten Druckkräfte dem Betriebszustand im
Innern angepaßt sind.
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Die Bohrungen 67 verhindern außerdem eine Überhitzung des durch das
Ventil hindurchströmenden Dampfes. Eine solche L"berhitzung könnte möglicherweise
dann eintreten, wenn das Ventil sehr wenig geöffnet ist.
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Die Ausführungsform nach Fig.5 ist mit einer Einstellvorrichtung ausgerüstet.
Die Ventilstange 64 ist mit ihrem unteren Ende an einen Hebel 7 1 angelenkt. Das
rechte Ende dieses Hebels ist gelenkig mit dem luftleer gepumpten Balgen 66 verbunden.
Das linke Ende des Hebels 71 weist eiticn Schlitz. 72 auf, in dem ein an einen Schieber
73 befestigter Stift eingreift. Das untere Ende des Schielters 73 gleitet auf einer
7.1, während durch das obere Ende des Schiebers ^3 eine Spindel 7 5 hindurchgeführt
ist. Die Spindel 7 5 ist mit einer Buchse 76 durch die Gehäusewand nach außen herausgeführt
und an ihrem freien Ende mit einer Flügelmutter 77 versehen. Durch Drehen der Spindel
75
mittels der Flügelmutter 77 kann das Verhältnis zwischen den unkondensierbaren
Gasen und Dämpfen innerhalb des durch das Ventil hindurchströmenden Gemisches nach
Wtui:ch beliebig geändert werden.
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Die Ausführungsformen nach Fi ;. 3, .I und 5 sollen die Gemischregelung
unmittelbar vor dem Einlaß der Saugpumpe in dein Rohr 2(:) vornehmen. Jede dieser
Ausführungsformen kann jedoch auch in unmittelbarer Nähe der Auslaßöffnung jedes
Einzelkondensators, also beispielsweise in den Rohrverbindungsstücken 25, angeordnet
sein. In clieseni Lalle kann das Regelventil die Düsen 33 ersetzen.
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Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß jeder einzelne Kondensator
für sich geregelt und auf die günstigste Betriebsweise eingestellt werden kann.
Wenn beispielsweise ein Einzelkondensator undicht wird, so da1:1 die Luft in ihn
eindringt, so kann das regelbare Absaugeventil voll geöffnet «-erden, damit die
Luft möglichst schnell wieder abgesaugt wird. Die Schadhaftigkeit des einen Einzelkondensators
beeinträchtigt also nicht dieWirkung der übrigenEinzelkondensatoren. Wenn die Kondensationseinrichtung
nicht zum Niederschlagen von Wasserdampf, sondern
von anderen Dämpfen
dienen soll, somüssen das Gefäß 38 und der Balgen 36 bzw. 65 mit der entsprechenden
Konden.satflüssigkeit oder einer ähnlichen Flüssigkeit gefüllt sein.