DE76371A - Regelvorrichtung für Verdampfapparate - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT®

Der in den Zeichnungen im Detail und in seiner Verbindung mit einem stehenden Verdampfkörper bekannter, in Zuckerfabriken meist angewendeter Construction dargestellte Füllungsregulator soll den Flüssigkeitszulauf in den Verdampfkörper entsprechend dem jeweiligen Verdampfungseffect etc. reguliren, und zwar nicht blos für selbstthätige Constanterhaltung . eines einzigen über dem Heizkörper liegenden, im Voraus angenommenen Flüssigkeitsniveaus a\ sondern auch für die selbstthätige Constanterhaltung jedes anderen zwischen den Rohrboden b^l und c¹ liegenden Niveaus sich einstellen lassen.

Letztere Einstellbarkeit soll während des Verdampfbetriebes möglich sein, ohne den Regulator zu öffnen, seine Höhenstellung oder sonst etwas in seinem Installationszubehör zu ändern, so dafs der Regulator ermöglicht, auch diejenige minimale Flüssigkeitsfüllung bezw. dasjenige Flüssigkeitsniveau im Verdampfkörper empirisch zu finden, bei welchem nach allen vorher nicht prä'cis bestimmbaren Nebenumständen jeweilig pro Minute und pro 1 qm Heizfläche die gröfste Menge Wasser verdampfbar ist. Dies ist bekanntlich bei Zuckersäften, Laugen oder anderen zur Dampf blasen- oder -Schaumbildung geeigneten Flüssigkeiten in einem stehenden Verdampfapparat dann der Fall, wenn die Flüssigkeitsmenge constant so gering gehalten wird, dafs im Ruhezustande des Verdampfkörpers oder nach Abstellung des Heizdampfes, nur der untere und relativ kleinere Theil der stehenden Heizrohre w¹ von der Nutzflüssigkeit innerlich benetzt wird.

Der Regulator besteht aus dem Schwimmergefäfs A und einem mit diesem durch oberen rechteckigen Seitenstutzen verbundenen Ventilgehäuse B. Das Ventilgehäuse steht mit seinem oberen, durch eine Zwischenplatte s abgetheilten Hohlraum mit dem Hohlräume des Schwimmergefäfses in Verbindung (Fig. 3). Am unteren Boden von A ist concentrisch der Stutzen a untergeschraubt; derselbe ist mit einer in A einspringenden und oben mit einer horizontalen Wandung endigenden Verlängerung versehen, die seitliche Oeffhungen hat. An der oberen rechtseitigen Ecke von B befindet sich ein kleiner stumpfer Stutzen b, Fig. 3. Der Stutzen α ist durch Rohr q¹ mit dem tiefsten Punkte des Saftraumes, der Stutzen b durch Rohr h^l mit dem höchsten Punkte des Verdampfungsraumes des bezw. Verdampfkörpers verbunden (Fig. 9), so dafs beim Ruhezustande oder abgestellten Heizdampfe im Schwimmergefäfs A und dem Räume über der Platte s in B dieselbe Spannung wie im Verdampfkörper vorhanden ist und auch die Nutzflüssigkeit in A und im Verdampfkörper in gleicher Niveauhöhe steht. Während des Verdampfens bleibt die Spannung in A gleich der im Verdampfungsraume des Verdampf körpers, das Niveau in A steht aber erheblich tiefer als im Verdampfkörper, weil die Dampfblasen in letzterem die Flüssigkeit (in den Heizrohren etc.) aufwärts treiben und deren hydrostatischen Druck bezw. den Druck der Ruhe vermindern.

Zur Vermeidung der Niveauschwankungen in A als Folge der aufwallenden Bewegung der Flüssigkeit im Verdampfkörper ist am

Stutzen α eine Scheibe mit kleinem Loche oder anstatt dessen in der Rohrverbindung ^¹ ein Stellhahn /' eingeschaltet.

Da der Flüssigkeit in A nicht unmittelbar Wärme zugeführt wird, verdampft aus derselben relativ wenig Wasser. Sie würde spe-"cifisch leichter bleiben, als die Flüssigkeit im Verdampfkörper und eventuell auch in A nachtheilig lange stagniren, wenn nicht im Rohr h^l ein Dreiweghahn o¹ befindlich (Fig. 9), dessen Seitenstutzen mit einer Dampf- oder -Druckluftleitung r¹ verbunden ist, und mittelst welchen Hahnes bei passender Stellung des Hahnkükens der Flüssigkeitsinhalt in A durch neuen aus dem Verdampfkörper zuweilen ersetzt werden könnte.

Der Schwimmer d¹ in A, Fig. 3, ist am besten cylindrisch, hohl, eventuell auch massiv; er hat eine concentrische verticale und röhrenförmig gestaltete Oeffnung, in deren Höhenmitle eine Schraubenmutter c befestigt ist. Mittelst dieser hängt der Schwimmer d^l an einer mit entsprechendem Gewinde versehenen und als Hängestange dienenden Schraubenspindel d. Die Büchse e im einspringenden Theile des Bodenstutzens α giebt der auf- und abwärts beweglichen Spindel d die untere Führung, die in der Stopfbüchse t¹ des Gefäfsdeckels zu A drehbare Büchse f die obere Führung. Das obere Ende der Spindel d und der dasselbe umfassende Theil von f ist so gestaltet, dafs bei Drehung des Stückes f mittelst Kurbel I oder mittelst Handrades etc. die Hängespindel d mitgedreht wird, ohne die Beweglichkeit der Spindel d in verticaler Richtung nach Aufhören der Drehbewegung zu hindern. Nach der dargestellten Ausführung wird die Drehbewegung der Kurbel / mittelst der Stifte h, welche den Ring g an f fixiren, auf die Spindel.. <f, deren oberes Ende abgeflacht oder vierkantig ist, übertragen.

Die Spindel d sammt Schwimmer ö?¹ hängt schliefslich am Hebel i mittelst auf der Spindel befestigten Nuthringes k und kann d bezw. d¹ in gegebenen Grenzen den Hebel i oscilliren lassen, ohne dafs d aus der Führung e bezw./ herauskommt (Fig. 3 und 4).

Die an der Aufsenseite des Schwimmers d^l angebrachten Nasen η verhindern durch Anschlag an einer an der inneren Wandung des Gefäfses A befestigten Schiene oder verticalen Rippe m die Mitdrehung des Schwimmers bei der Drehung der Spindel d mittelst Kurbel /. Aus Fig. 3 und 4 und dem Zuvorgesagten ergiebt sich, dafs, wenn die Spindel d beispielsweise mit rechtsgängigem Gewinde versehen ist, bei Drehung der Kurbel I in Richtung des Pfeiles A auf dem Gefäfsdeckel (Fig. 6) der Schwimmer d¹ an der Spindel d aufsteigt und bei Drehung in Richtung des Pfeiles N an der Spindel abwärts geht, beim Aufhören der Kurbeldrehung der Schwimmer d^l relativ zur Spindel d in der gegebenen Höhenlage verharrt, weil die Reibung in der Stopfbüchse t¹ ein selbstthätiges Verstellen verhindert.

Die obere und untere Grenze für die Schwimmerhöhenlage ist durch Anschlag der Schwimmermutter c an den auf der Spindel d angebrachten Bund 0 und durch den Stellring ρ gegeben.

Der Regulator wird zweckmäfsig relativ zum Verdampf körper D so montirt, dafs der Boden des Schwimmergefäfses mit dem untersten Rohrboden c¹ des Verdampfkörpers in gleicher Horizontalebene liegt, und ferner die wirkliche Höhe des Gefäfses A bezw. die Länge des mit Gewinde versehenen Theiles der Spindel d so bemessen, dafs mittelst Kurbeldrehung der Schwimmer d¹ mit seinem obersten Rande in gleiche absolute Höhenlage mit dem obersten Rohrboden b^l des Verdampf körpers gebracht werden kann. Fig. 9 und Fig. 7 und 8 zeigen die besondere Gestalt der Mutter c des Schwimmers d^l. Dieselbe ist mit drei Auskerbungen q, die in den Gewindehohlraum der Mutter hineinreichen und deren Kanten an jenem im Schnittwinkel stehen, versehen, erstere wie die Schneidkanten der Stahlbacken einer Schraubenschneidkluppe gestaltet.

Zweck dieser Muttereinrichtung ist die selbstthätige Reinigung der Spindelgewindegänge von Schmutz oder aus der Flüssigkeit sich ausscheidender Inkrustation, welche anderenfalls die Drehung der Spindel d in der Mutter c erschweren würden.

Der zweiarmige Hebel z, dessen Achse r auf der Platte s im Ventilgehäuse B gelagert ist, überträgt die Bewegung des Schwimmers if¹ bei einer Niveauveränderung im Gefäfs A auf die Ventilstange w in B bezw. auf das entlastete Cylinderventil ν unter der Platte s, welch letzteres den Flüssigkeitseinflufs in den Verdampfkörper regulirt. Der Vertilcylinder gestattet den Durchflufs bei angehobener Stellung durch vier Ringspalte, wie in Fig. 3 durch kleine Pfeile angedeutet ist, so dafs , für volle Ventileröffnung nur ein Cylinderhub von einem Sechszehntel des Ventildurchmessers nöthig ist, sowie entsprechend geringe Niveauveränderung im Schwimmergefäfs A, unbeschadet einer dennoch grofsen Bewegungsenergie, welcher der Schwimmer d^l auf den Cylinder des Ventiles ν ausübt. Der Ventilcylinder wird lediglich durch schmale äufsere Rippen an den im Gehäuse B unterhalb der Platte s festsitzenden Ringfuttern geführt. Letztere geben die Verschlufsgegenkanten ab. Da es sich hier nur um ein »Mehr« oder »Weniger« in der dem Verdampfkörper zuzuführenden Flüssigkeitsmenge handelt, so ist auf ein vollständiges absolutes Absperren durch das Ventil ν verzichtet. Die den Verdampfapparat speisende

Flüssigkeit tritt nach Passirung eines gewöhnlichen Absperrventiles K¹ oder Hahnes (eventl. auch Wasserschiebers) zunächst in den Stutzen γ des Ventilgehäuses B, passirt dann das unter ν befindliche cylindrische und auswechselbare Sieb χ und gelangt alsdann, durch ν strömend und beim Stutzen S in die weitere Zuleitung übertretend, in den Verdampfapparat (Fig. 3 und 9).

Alle zu einem beweglichen System vereinigten Theile, als Schwimmer d¹, Schwimmerhängespindel d, zweiarmiger Hebel i, Ventilstange w und Ventilcylinder v, sind durch ein Gegengewicht t am rechtsseitigen Hebelarme von i derart equilibrirt, und zwar mit Rücksicht auf das specifische Gewicht der Flüssigkeit im Schwimmergefäfs A und den Druck auf den Querschnitt der Ventilstange w (herrührend von der ungleichen Spannung in den Räumen über und unter der Platte s in B), dafs das bewegliche System im Gleichgewicht sich befindet, wenn der Schwimmer d¹ mit der Hälfte seines Volumens in die Flüssigkeit im Schwimmergefäfs A eintaucht.

Die selbsttätige Constanterhaltung der dem Verdampfkörper zufliefsenden und der verdampften Wassermenge gleichen Flüssigkeitsmenge erfordert, da die Gröfse des Ventiles ν nach dem voraussichtlichen maximalen Flüssigkeitsbedarf gewählt werden mufs, in den meisten Fällen noch einer vorherigen, die Öeffnungsweite des Ventiles ν corrigirenden Einstellung, welche von Hand mittelst Drehung der Kurbel / bezw. der Schwimmerspindel d geschehen kann. Nachdem diese corrigirende Einstellung geschehen, wirkt der Füllungsregulator selbstthätig so lange, als die minutlich pro ι qm Heizfläche verdampfende Wassermenge sich nicht sehr wesentlich verändert und dann eine neue Correctur der mittleren Eröffnungsweite des Ventiles ν nöthig macht. Letzteres wird erkannt an der jeweiligen Stellung eines Zeigers u, welcher am Gegengewicht t befestigt und am bezw. hinter dem Schauglase ρ ^J am Ventilgehäuse B von aufsen sichtbar ist. Letztere Anzeigevorrichtung ist einer äufseren auf der verlängerten, durch eine Stopfbüchse herausgeführten Hebelachse r deshalb vorgezogen, um die Energie derSchwimmerreaction durch die Stopfbüchsenreibung nicht zu vermindern.

Das Schwimmergefäfs A ist noch mit einem Niveaustandglase bekannter Construction versehen und unmittelbar hinter dessen Glasröhre eine Scala an A befestigt (Fig. 3 und 5). Die Zahlen an den Theilstrichen dieser Scalä geben die Anzahl Kurbelumdrehungen an, welche mit Kurbel / zu machen sind, um den Schwimmer d¹ von seiner höchstmöglichen Stellung an der Hängespindel d in die Höhe des entsprechenden Theilstriches zu bringen, so zwar, dafs die Hälfte des Schwimmervolumens in die Flüssigkeit eintaucht, falls der Niveaustand im Glasröhrenvisir mit dem Theilstriche der Scala zusammenfällt.

Um bei Aenderung des Niveaus im Schwimmergefäfs A in gröfserem Grade, die eine Verstellung des Schwimmers von . Hand (d. h. durch die Kurbel Z) nöthig macht, ein vorheriges Hochschrauben des Schwimmers d¹ bis zu seinem höchsten Punkte an der Hängespindel d entbehrlich zu lassen $ wird der Klemmzeiger η auf der Glasröhre als Marke benutzt für nachträgliche Erkennung des zuvor stattgehabten Niveaustandes. Es sind alsdann für die Aenderung oder den Uebergang des Schwimmers aus einem Niveau in das andere nur so viel Kurbelumdrehungen nöthig, als wie die Differenz der Zahlen für das frühere und das neue Niveau ergiebt (Fig. 3 und 5).

Will man nun in einem stehenden Verdampfkörper die gröfste Verdampfleistung pro 1 qm und Minute erzielen, welche, wie früher schon bemerkt, von einer Complication vieler in ihrem Einflufs von vornherein nicht taxirbarer Nebenumstände mit abhängt, und welche maximale Verdampf leistung eine minimale Füllungsmenge im Verdampfkörper als constant zu erhaltende, verlangt die ein sichtbares Niveau über dem obersten Rohrboden b^l bei abgestelltem Heizdampfe nicht mehr erkennen läfst, so ist das Verfahren, um die constant zu erhaltende relativ günstigste Füllungsmenge mit dem Füllungsregulator empirisch zu finden, folgendes:

Man stellt den Schwimmer d^x mittelst Kurbeldrehung in die ihm möglich gelassene gröfste relative Höhe, wodurch das Regulirventil ν ganz geöffnet wird und sich bald im Verdampfkörper ein durch dessen übliche Schaugläser erkennbares, über dem obersten Rohrboden b^l sichtbares Niveau a^l einstellt. Alsdann wird der Heizdampf angestellt und durch Kurbelumdrehung der Schwimmer d^l soweit herabgedrückt, dafs er durch seinen Auftrieb das Ventil ν schliefst. Bei fortschreitender Verdampfung vermindert sich alsdann die Flüssigkeitsmenge im Verdampf körper und das Niveau im Schwimmergefäfs A fällt entsprechend. Entsprechend diesem letzteren Fallen wird der Schwimmer d¹ durch fernere Kurbeldrehung beständig nachgesenkt, immer noch so, dafs der Schwimmerauftrieb das Regulirventil ν zunächst noch geschlossen hält. Diese Manipulation wird so lange fortgesetzt, als man durch das Schauglas des Verdampfkörpers D von Flüssigkeitsblasen unbenetzt bleibende Heizrohrflächen nicht bemerkt.

Erst wenn unbenetzt bleibende Heizrohrflächen erkennbar werden, ist das Minimum der constant zu haltenden Flüssigkeitsfüllung erreicht und bezw. unterschritten. Da nun

diese Unterschreitung die Verdampfung nicht fördert, sondern vermindert, und die oberen Heizrohrenden innerlich leicht inkrustiren läfst, so hat man schliefslich den Schwimmer ά^Λ wieder durch Rückwärtsdrehung der Kurbel Z um so viel zu heben, dafs das Ventil ν sich öffnet und dem Verdampfkörper Flüssigkeit wieder zufliefst, und dafs die alsdann zufliefsende Flüssigkeitsmenge der continuirlich verdampften und continuirlich abgezogenen Flüssigkeitsmenge das Gleichgewicht hält.

Hat für letztgenannten Zustand die ebenfalls mit der Kurbeldrehung bewerkstelligte Regulirung der relativen Oeffnungsweite desVentiles ν schliefslich stattgefunden, so überläfst man dem Füllungsregulator die selbsttätige Constanterhaltung der so gefundenen Füllungsmenge, und zwar so lange, als andere Nebenumstände: die Energie des Verdampfens oder ein wesentlich gröfserer oder geringerer continuirlicher Flüssigkeitsabzug die constant zu haltende Füllungsmenge, oder die pro Zeiteinheit einzulassende Flüssigkeitsmenge nicht wesentlich zu ändern nöthigen.

Anstatt durch den verstellbaren Schwimmer d^l ein Flüssigkeitszulafsorgan bezw. Drosselventil zu beeinflussen wie in B, kann bei passender Modification von B der Schwimmer auch ein zu einer den Verdampfkörper D speisenden Dampfpumpe gehöriges Dampfdrosselorgan reguliren, welch letzteres dann die Stelle von ν einnimmt.

Zur Unterbringung des Schwimmers d¹ etc. kann auch eine mit dem Flüssigkeitsraume des Verdampfkörpers verbundene, als dessen Erweiterung zu betrachtende Nebenkammer benutzt werden.

Der neue Regulator ist bestimmt, das für die quantitative Verdampfung günstigste, aber noch unbekannte mittlere Niveau oder, falls ein sichtbares Niveau hierbei nicht vorhanden sein kann, die günstigste Füllungsmenge in einem Verdampfkörper oder anderem Kochgefäfs während und ohne Unterbrechung des Verdampfvorganges erst empirisch zu finden und alsdann das gefundene Niveau oder die Füllungsmenge, gleichviel, wie hoch bezw. grofs innerhalb weiter Grenzen das erstere und die letztere sein mag, selbsttätig constant zn erhalten.

Zum richtigen Verständnifs der mit dem Regulator zu erfüllenden Aufgabe mag schliefslich noch betont werden, dafs erfahrungsgemäfs das für die quantitativ günstigste Verdampfung günstigste Flüssigkeitsniveau oder die günstigste Füllungsmenge bei sonst gleichen stehenden Verdampfkörpern durchaus nicht absolut oder verhältnifsmäfsig gleich sind.

Fragliches Niveau bezw. die Füllungsmenge hängen ab vom Wä'rmegefälle, von der in einer Volumeinheit des Heizdampfes enthaltenen Anzahl an Kalorien, der jeweiligen Beschaffenheit der Nutzflüssigkeit, deren Fähigkeit, mehr oder weniger schnell Wärme aufzunehmen, der Höhe ihres Siedepunktes unter atmosphärischem Drucke, ihrer relativen Fähigkeit, beim Sieden Blasen zu bilden, ihrer Viscosität u. s. w., kurz, von einer Complication sehr vieler gleichzeitig mitwirkender Umstände, die häufig sogar bei ein und demselben Verdampfbetriebe wechseln. Es kann das der quantitativen Verdampfung jeweilig günstigste Niveau oder die Flüssigkeitsmenge, welche im Verdampfkörper ohne sichtbares Niveau constant zu erhalten ist, nur beim Verdampfbetriebe selbst empirisch gefunden . werden, und mufs das fragliche Niveau und die' Füllungsmenge aus gleichen Ursachen des öfteren auch abgeändert werden.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Eine Regulirvorrichtung für Verdampfapparate, dadurch gekennzeichnet, dafs zur Erreichung einer für die Verdampfung möglichst günstigen Niveauhöhe der über den Heizröhren stehenden Flüssigkeit durch Vermittelung eines stellbaren Schwimmers d¹ ein Ventil ν zwecks Speisung des Verdampfapparates bis zu der als günstig befundenen Niveauhöhe geöffnet, alsdann der Schwimmer d^l so weit herabgeschraubt wird, bis sein Auftrieb das Ventil ν schliefst, und ferner zur Aufrechterhaltung einer für die Verdampfung günstigen Niveauhöhe bei fortschreitender Verdampfung der Schwimmer d¹ entsprechend der Abnahme der Flüssigkeitsmenge nach und nach so tief gesenkt wird, dafs das Ventil ν geschlossen bleibt, so lange, bis sämmtliche Heizrohre u^l noch von der Flüssigkeit berieselt werden, worauf alsdann der Schwimmer d¹ so eingestellt wird, dafs durch seinen Einflufs auf das Ventil ν frische Flüssigkeit in den Verdampfapparat einströmen kann u. s. f.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.