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Einrichtung zur selbsttätigen Steuerung des Abschlaminventils von
Kesseln, Verdampfern u. dgl. Es sind bei Kesseln, Verdampfern o. dgl. Einrichtungen
bekannt, die das Abschlarnmventil in Abhängigkeit von der Konzentration der Verdampfungsflüssigkeit
selbsttätig steuern. Damit die Stellung des Abschlammventils tatsächlich dem jeweiligen
Konzentrationsgrad entspricht sowie eine empfindliche und fehlerfreie Steuerung
des Ventils. gewährleistet ist, muß diejenige Zustandsgröße der Flüssigkeit, die
den konzentrationsabhängigen eigentlichen Regel- oder Auslöseimpuls für die Steuervorrichtung
liefert, sich möglichst proportional mit dem Konzentrationsgrad ändern. Außerdem
wäre diejenige Zustandsgröße am günstigsten, die entweder von keinen anderen Faktoren
als ausschließlich von dem Konzentrationsgrad oder doch nur von einem solchen Faktor
noch zusätzlich verändert wird, der durch eine möglichst einfache und betriebssichere
Berichtigung ausgeglichen werden kann. In dieser Hinsicht befriedigen die bisher
als Auslöseimpuls verwendeten Zustandsgrößen keines-Wegs. .
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So hat man als konzentrationsabhängigen Auslöseimpuls für die Steuervorrichtung
des A.bschlammventils beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit der Verdampfungsflüssigkeit
gewählt und zu diesem Zweck einen Thermostaten in der Flüssigkeit angeordnet. Nach
Maßgabe .des Verschmutzungsgrades eines den Thermostaten umgebenden Körpers spricht
dann der Thermostat an und löst die Steuervorrichtung aus. Diese Art der Impulsgebung
ist deshalb unsicher, weil bei einer eintretenden Verminderung des Konzentrationsgrades
keine
Gewähr dafür besteht, daß die vorherige Verschmutzung des Meßkörpers wieder rückgängig
gemacht wird. Jedoch hiervon abgesehen, ist die Wärmeleitfähigkeit auch deshalb
eine ungeeignete Zustandsgröße, weil die in der Verdampfun.gsflüssigkeit gelösten
Stoffe sich an der Verschmutzung des Meßkörpers überhaupt nicht beteiligen, obwohl
gerade sie den Konzentrationsgrad sehr wesentlich beeinflussen. Auf diese Weise
werden z. B. gerade die wasserlöslichen Salze im Kesselspeisewasser völlig von der
Einflußnahme auf die Regelung :der Abschlaminung ausgeschaltet.
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Als eine weitere konzentrationsabhängige Zustandsgröße in dem angegebenen
Sinne ist die elektrische Leitfähigkeit der Verdampfungsflüssigkeit vorgeschlagen
worden; sie ist deshalb ungeeignet, weil die Ansprechempfindlichkeit völlig unzureichend
ist, sobald es sich um Verdampfüngsflüssigkeiten mit verhältnismäßig niederem Konzentrationsgrad
handelt, also insbesondere bei Dampfkesseln. Außerdem ist bei dieser Art des Auslösens
der Steuervorrichtung für das Abschlammventil nicht beachtet, daß die in der Verdampfungsflüssigkeit
vorhandenen gelösten Bestandteile durchaus nicht immer in dem gleichen mengenmäßigen
Verhältnis zueinander stehen. Dies ist jedoch eine Voraussetzung dafür, daß sich
die elektrische Leitfähigkeit proportional mit dem Konzentrationsgrad ändert. Namentlich
beim Betrieb von Dampfkesseln kann sich das Mengenverhältnis der im Speisewasser
gelösten Stoffe sehr rasch und häufig ändern. Die Vornahme einer entsprechenden
Berichtigung der Impulsgebung unter Berücksichtigung der prozentualen Zusammensetzung
der Verdampfungsflüssigkeit würde jedoch zu einer sehr verwickelten Bauart der Steuervorrichtung
für das Abschlaminventil führen.
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Es sind auch bereits Einrichtungen zur selbsttätigen Steuerung des
Abschlammventils von Kesseln in Abhängigkeit von der Konzentration des Kesselwassers
bekanntgeworden, bei denen das spezifische Gewicht .des Kesselwassers als Maß der
Konzentration den Steuerimpuls liefert. Bei jenen Einrichtungen wird das Kesselwasser
entweder auf eine festgelegte und genau einzuhaltende Temperatur herabgekühlt, oder
es wird herabgekühlt und gleichzeitig bis auf .den atmosphärischen Druck entspannt.
Das Kesselwasser wird also einer Zustandsänderung unterzogen, die bewirkt, daß die
Konzentration geändert wird, da sie abhängig von der Temperatur und dem Druck des
Wassers ist. Werden diese vor der Impulsentnahme geändert, so entspricht die Konzentration
des Kesselwassers nicht mehr den tatsächlichen Verhältnissen im Kessel, so daß sich
keine einwandfreien Impulsentnahmen ergeben können.
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Gemäß der Erfindung arbeitet nun der Impulsgeber in Abhängigkeit von
einem Kesselwasser, das keiner nachträglichen Zustandsänderung unterworfen ist und
in demselben Zustand sich befindet wie im Kessel. Allerdings erfordert diese Arbeitsweise
druckdichte Führungen, die aber ohne weiteres durch Verwendung elektromagnetischer
Impulsgeber statt mechanischer vermieden werden können. Die durch Temperatureinflüsse
sich ergebenden Änderungen des spezifischen Gewichtes werden dabei durch einen zusätzlichen
Temperaturimpulsgeber ausgeglichen.
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Dieser Maßnahme liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Konzentrationsgrad
durch die Gewichtseinheit der in der Flüssigkeit in gelöstem Zustand befindlichen
Stoffe bestimmt ist. Diesem gewichtsabhängig bestimmten Konzentrationsgrad ist der
nach der Erfindung verwendete Steuerimpuls als eine ebenfalls gewichtsabhängig bestimmte
Zustandsgröße direkt proportional. Infolgedessen sind diejenigen Fehlerquellen bei
der Steuerung des Abschlammventils ausgeschaltet, die bei den erwähnten bekannten
Einrichtungen dadurch bedingt sind, daß die benutzten Zustandsgrößen sich nur angenähert
oder nur unter bestimmten steuertechnisch nicht oder nur schwer erfaßbaren Voraussetzungen
mit dein Konzentrationsgrad ändern. Es ist lediglich dafür zu sorgen, daß der durch
das spezifische Gewicht gelieferte Steuerimpuls noch temperaturabhängig berichtigt
wird, da sich bekanntlich das spezifische Gewicht einer Flüssigkeit mit deren Temperatur
ändert. Eine solche Berichtigung kann jedoch mit einfachen Mitteln und vor allen
Dingen zuverlässig durchgeführt werden, da Temperaturschwankungen der Flüssigkeit
mit weit größerer Genauigkeit ineßbar sind als beispielsweise die Schwankungen des
Mengenverhältnisses, in dem die in der Flüssigkeit befindlichen Stoffe zueinander
stehen. Infolgedessen zeichnet sich die Einrichtung nach der Erfindung durch Einfachheit,
Ansprechempfindlichkeit und insbesondere dadurch aus, daß Fehlerquellen bei der
Impulsgebung weitgehend ausgeschaltet sind.
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Die Benutzung des spezifischen Gewichts zur Lieferung des Steuer-
oder Regelimpulses für das Abschlammventil bietet die Möglichkeit, als Impulsgeber
einen einfachen Tauchkörper zu verwenden, der nach der Erfindung so ausgewogen ist,
daß er beim Sollzustand der Flüssigkeit in dieser im labilen Gleichgewichtszustand
schwebt. Eine solche Einrichtung hat ,den Vorteil, daß die Lager-.drücke in der
Übertragung weitgehend ausgeschaltet sind, da nur die durch das spezifische
Gewicht
gelieferte Verstellkraft auf den Tauchkörper einwirkt. Außerdem hat man es durch
entsprechende Bemessung des Tauchkörpers in der Hand, die Verstellkräfte beliebig
groß zu wählen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung ist auf
der Zeichnung schematisch ,dargestellt.
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Abb. i zeigt die Einrichtung in einer vereinfachten Ansicht.
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Abb.2 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem spezifischen
Gewicht und der Temperatur von Wasser.
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An dem nicht dargestellten Dampfkessel, Verdampfer o. dgl. ist ein
ständig von der VerdampfungsfiüssigkeitdurchströmterTopf i angeschlossen, in dem
ein von der Flüssigkeit allsaitig umspülter Körper 2 an einer oben durch den Topf
hindurchgeführten Stange 3 aufgehängt ist. Diese Stange weist zwei Bunde 4 auf,
die je ein Widerlager für zwei Federn 5, 6 bilden. Das beiden Federn gemeinsame
zweite Widerlager wird durch eine Zwischenwand 7 des Federgehäuses 8 gebildet. An
.das freie Ende der Stange 3 ist ein doppelarmiger Hebel 9, io angelenkt,
der einen festen Schwenkpunkt i i hat.
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An die Wandung :des Topfes i ist ein Wärmefühler 12 angeschlossen,
dessen Meßwerte in bekannter Weise auf elektrischem Wege auf ein übliches Anzeigegerät
13, z. B. ein Drehapulinstrument, übertragen werden. An Stelle eines Zeigers besitzt
dieses Gerät eine Nocke 14" die sich unter dem Einfluß der Temperaturschwankungen
der im Topf i befindlichen. Flüssigkeit in dem einen oder anderen Sinne dreht. Auf
der Nockenfläche ruht ein längs verschiebbar gelagerter Stift 15 lose auf.
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Das freie Ende des Hebelarmes io des an dieTauchkörperstange3 angeschlossenenDoppelhebels
sowie das freie Ende des Stiftes 15 bilden je einen Stützpunkt für eine Kontaktschwinge
16, deren Kontaktarm 17 mit zwei festen Gegenkontakten 18, i 9 zusammenwirkt. Der
Kontaktarm 17 sowie die beiden festen Gegenkontakte 18, i9 sind an je einen Leiter
des Steuerstromkreises für eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung angeschlossen,
die das ebenfalls nicht veranschaulichte Abschlammventil des Dampfkessels oder der
Verdampfungsvorrichtungsteuert. Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung
.ist folgende Der Tauchkörper 2 ist zweckmäßig so ausgewogen, daß er in der Flüssigkeit
frei schwebt, sich also im labilen Gleichgewicht befindet, sofern .der Konzentrationsgrad
der Flüssigkeit den vorgeschriebenen Wert hat. Steigt der Konzentrationsgrad bei
Iconstanter Temperatur der Flüssigkeit über diesen Wert, so bewirkt die im gleichen
Verhältnis eintretende Erhöhung des spezifischen Gewichts ein Ansteigen des Tauchkörpers
2, weil dieser Körper einen entsprechend größeren Auftrieb erhält. Diese Auftriebskraft
wird von der sich spannenden Feder 5 aufgenommen und in eine Schwenkbewegung des
Doppelhebels 9, io im Uhrzeigersinne umgesetzt. Infolgedessen -führt die Kontaktschwinge
eine entsprechende Kippbewegung um ihren rechten Auflagepunkt auf dem Stift 15 aus,
bis das am freien Ende des Kontaktarmes 17 befindliche Kontaktstück den festen Gegenkontakt
i9 berührt: Hierdurch wird ein Steuerstromkreis geschlossen, der die Antriebsvorrichtung
für das Abschlammventil derart in Tätigkeit setzt, daß sich dieses Ventil in die
Offenlage bewegt. Die Verstellkraft des Tauchkörpers :2 kann durch dessen entsprechende
Bemessung beliebig gewählt werden. Die Ansprechempfindlichkeit der Einrichtung ist
am größten, wenn der Tauchkörper so bemessen ist, daß er im Sollzustand ,der Flüssigkeit
in dieser im labilen Gleichgewicht schwebt, da in diesem Fall zusätzliche Lagerdrücke
und Lagerreibungen sowie das Gewicht der übertragung ausgeglichen sind. Eine Änderung
des Verstellweges und des An.sprechpunktes kann durch entsprechende Bemessung der
Federn 5, 6 oder dadurch erreicht werden, daß die Federspannung durch bekannte Mittel
einstellbar gemacht wird.
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Unterschreitet der Konzentrationsgrad bei konstanter Temperatur der
Flüssigkeit den festgelegten Sollwert, so :spielen sich die beschriebenen Vorgänge
sinngemäß in- der Weise ab, daß das Abschlammventil aus seiner normalen Stellung
in die Schließlage übergeführt wird. Hierbei tritt an Stelle der Feder 5 nunmehr
die Feder 6 und an Stelle ,des Kontaktes i9 nunmehr der Kontakt 18 in Wirkung, da
der Tauchkörper .2 herabsinkt.
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Beide Federn 5, 6 führen den Tauchkörper 2 bei Wiederannäherung cies
Konzentrationsgrades an den Sollwert in die Normalstellung zurück.
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Zur Erläuterung der temperaturabhängigen Berichtigung des durch den
Tauchkörper :2 gelieferten Steuerimpulses sei zunächst auf das Diagramm nach Abb.2
verwiesen. In diesem Diagramm ist das spezifische Gewicht von Wasser über den Temperaturen
zwischen 50 und 300° C aufgetragen. Innerhalb dieses Temperaturbereiches
schwankt das spezifische Gewicht ides Wassers gemäß der dargestellten Kurve zwischen
den Werten o,98 und o,7o. Diese Kurve ist auf der Nockenscheibe 14 entsprechend
der jeweilig möglichen Größe der Temperaturschwankungen ganz oder teil-,vei.se abgewickelt,
sofern die Einrichtung
für die Steuerung des Abschlaminventils eines
Wasserdampferzeugers bestimmt ist.
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Es sei angenommen, daß die Temperatur der Verdampfungsflüssigkeit
bei unverändertem Konzentrationsgrad sinkt. Da hierbei gemäß dem Diagramm nach Abb.
2 das spezifische Gewicht der Flüssigkeit steigt, so vergrößert sich auch die auf
den Tauchkörper 2 wirkende Auftriebskraft mit -dem Erfolg, daß der Tauchkörper emporsteigt
und die oben beschriebene Kontaktgebung an dem Kontakt 1g eintreten würde, da der
linke Auflagepunkt der Kontaktschwinge 16 sinkt. Diese Kontaktgebung wird jedoch
dadurch verhindert, daß gleichzeitig infolge der Impulsgebung durch den Wärmefühler
12 die Nocke 14 entgegen dem LThrzeigersinn gedreht wird. Infolgedessen sinkt auch
der rechte Auflagepunkt der Kontaktschwinge 16, so daß die relative Lagedes Kontaktarmes
17 zu den Gegenkontakten 18, i g unverändert bleibt. Die Stellung des Abschl.ammventils
bleibt also bei unverändertem Konzentrationsgrad trotz des infolge der Temperatursenkung
größer werdenden spezifischen Gewichtes der Flüssigkeit unverändert.
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Steigt dagegen die Temperatur der Verdampfungsflüssigkeit bei unverändertem
Konzentrationsgrad, so spielen sich die beschriebenen Vorgänge sinngemäß in der
Weise ab, daß sich die beiden Auflagepunkte der Kontaktschwinge 16 um das gleiche
Maß heben.
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Ändert sich sowohl der Konzentrationsgrad als auch die Temperatur,
so bewirkt der Wärmefühler über die Nockenscheibe 1q., daß sich nur diejenige Änderung
des spezifischen Gewichtes an der Stellung der Kontaktschwinge 16 auswirkt, die
ausschließlich auf der Änderung des Konzentrationsgrades beruht, während die auf
der Temperaturänderung beruhende Änderung des spezifischen Gewichtes durch die Gegensteuervorrichtung
12 bis 15 ausgeglichen wird.
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Sowohl der von dem Tauchkörper :2 als auch der von dem Wärmefühler
12 gelieferte Impuls kann auch durch andere als durch die beschriebenen und dargestellten
Mittel auf die Antriebsvorrichtung für das Abschlammventil übertragen werden. Beispielsweise
kommen hierfür auch die bekannten elektrischen Geber- und Empfängersysteme in Frage.