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Verbrauchsbegrenzer für Dampfanlagen Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Verbrauchs- oder Spitzenbegrenzer für Dampfanlagen o. dgl. und bezweckt
eine Einrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe die maximale Entnahme eines oder mehrerer
Verbraucher aus einer Dampfanlage geregelt werden kann. Insbesondere soll durch
die Spitzenbegrenzung ermöglicht werden, die größte vereinbarte Dampfmenge, welche
ein Abnehmer aus einem Wärmeverteilungsnetz entnehmen darf, festzulegen und damit
den Anteil an den Festkosten für den Kapitaldienst des Heizkraftwerkes und Wärmeverteilungsnetzes
sowie Reparaturkosten, Löhne usw. zu bestimmen. Erst dadurch ist eine genaue Auslegung
der Dampfleitungen, eine Herabsetzung der Wärmeverluste, eine höhere Benutzungsstundenzahl
der Werkshöchstlast usw., also eine bessere Ausnutzung der gesamten Anlage möglich.
Durch den Begrenzer gemäß der Erfindung soll ferner eine Summenschaltung ermöglicht
werden, durch welche bezweckt wird, die Spitzenentnahme herabzusetzen, indem die
Abnahme für bestimmte Zwecke selbsttätig in die Zeit schwächerer Belastung verlegt
wird. Dies ist beispielsweise bei Warmwasserbereitung möglich, welche in der betriebsschwächeren
Zeit der Heizung vorgenommen werden kann.
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Weiterhin wird bezweckt, den Verbrauchsbegrenzer gleichzeitig als
Mengenmesser für das abfließende Kondensat auszubilden.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß das aus den Dampfverbrauchern
der Anlage abfließende Kondensat durch ein Niveaugefäß geleitet wird, dessen vom
Hauptverbraucher kommender Kondensatzufluß durch einen oberhalb des Zirku= lationsraumes
des Niveaugefäßes angeordneten
Hauptschwimmer in Abhängigkeit vom
Kondensatstand im Niveaugefäß geregelt wird und dessen Abfluß durch mindestens eine
Meßdüse mit vorgeschaltetem, steuerbarem Auslaßventil unter annähernd konstant bleibender
Druckdifferenz erfolgt.
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Damit das Kondensat beim Durchfluß durch den Begrenzer möglichst keine
Luft aufnehmen kann, ist der Schwimmer in einem Schwimmerraum mit kleiner Kondensatspiegelfläche
angeordnet, welcher mit dem darunterliegenden Zirkulationsraum des Niveaugefäßes
durch einen verengten Hals verbunden ist. Der in dieser Weise angeordnete Hauptschwimmer
steuert über ein Gestänge ein Zuflußventil, in welches die Kondensatleitung des
Hauptdampfverbrauchers mündet. Die Kondensatleitungen der Nebenverbraucher münden
dagegen frei in den unteren Raum des Niveaugefäßes.
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Der untere Kondensatspiegel kann bei freiem Ablauf des Kondensats
durch einen Hilfsschwimmer gehalten werden, welcher ein Abflußventil betätigt. Wenn
das Kondensat unter Druck abgeführt werden muß, kann dagegen der untere Kondensatspiegel
durch ein Sperrdampfpolster gehalten werden, was vorzugsweise mit Hilfe eines kleinen
Gegensfromvorwärmers geschehen kann, dessen Heizrohre zwischen das durch eine Dampfleitung
gespeiste Sperrdampfpolster über den oberen Kondensatspiegeln des Begrenzers und
dem Kondensatablauf geschaltet sind.
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Durch die Erfindung wird in erster Linie erreicht, daß der Verbrauch
des größten oder Hauptwärmeverbrauchers selbsttätig durch Rückstau des Kondensats
gedrosselt wird, wenn der Dampfverbrauch der übrigen an den Begrenzerangeschlossenen
Verbraucher steigt, weil die Meßdüse nur eine bestimmte Kondensatmenge durchläßt,
deren Überschreitung ein Ansteigen des Kondensatspiegels im Begrenzer und damit
infolge Hebung des Hauptschwimmers ein Abschließen des an den Hauptverbraucher angeschlossenen
Zulaufventils herbeiführt. Die zulässige Höchstverbrauchsmenge kann also nicht überschritten
werden. Hierbei ist einerseits wesentlich, daß durch die Lage der Schwimmer und
Kondensatspiegel eine Luftaufnahme des durch den Begrenzer fließenden Kondensats
weitgehend verhindert wird, und anderseits bedeutet es einen großen Vorteil, daß
der Begrenzer dank der Anordnung des der Meßdüse vorgeschalteten steuerbaren Auslaßventils
gleichzeitig als Regelorgan für den Hauptverbraucher wirkt, denn dieses Auslaßventil
kann sowohl von Hand als auch durch beliebige Zustandsgrößen des zu steuernden Mittels,
wie Druck oder Temperatur, selbsttätig gesteuert werden. Für den Fall, daß bei geschlossenem
Auslaßventil kleinere Kondensatmengen der Nebenverbraucher abgeführt werden müssen,
wird zweckmäßig im Begrenzer ein Überlauf vorgesehen, der dieses Auslaßventil umgeht.
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Da der Begrenzer gemäß der Erfindung mit einer Meßdüse oder auch Meßblende
von bestimmtem Durchflußquerschnitt arbeitet und da durch Anordnung des Niveaugefäßes
mit SchwimmerdieDruckhöhe über der Meßdüse in geringen Grenzen konstant bleibt,
genügt es, die Zeitdauer des Durchflusses durch die Meßdüse mittels eines beliebigen
Zählwerkes zu registrieren, um eine genaue Mengenmessung zu erzielen. Die Durchflußzählung
könnte beispielsweise durch ein hinter der Meßdüse angeordnetes, drehbares Flügelrad
geschehen, oder es kann der Druckanstieg vor der Düse elektrisch, mechanisch oder
pneumatisch bzw. hydraulisch auf ein mit Uhrwerk versehenes Zählwerk übertragen
werden, welches beim Durchfluß durch die Meßdüse eingeschaltet und beim Aufhören
des @Durchflusses abgeschaltet wird.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung
an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser Zeichnung ist die Erfindung innverschiedenen
Ausführungsformen beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. i schematisch
im Schnitt einen Verbrauchsbegrenzer mit freiem Abfluß und Mengenmeßvorrichtung,
Fig.2 zeigt einen Begrenzer mit Dampfpolster zur Abführung des Kondensats unter
Druck, Fig.3 zeigt einen solchen Begrenzer in Verbindung mit einem Nebenbegrenzer
für Betriebspausenverbrauch, Fig.4 zeigt eine weitere Form des Begrenzers, und Fig.
5 schließlich veranschaulichteinenBegrenzer mit dampfseitiger Steuerung des Hauptverbrauchers.
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Der in Fig. i der Zeichnung dargestellte Begrenzer ist im wesentlichen
für Dampfanlagen bestimmt, in denen das Kondensat über den Zähler frei entweder
in das Heizkraftwerk oder in den Kanal weglaufen kann. Der Begrenzer hat hier gleichzeitig
die Funktion eines Regelorgans für den größten Verbraucher, beispielsweise den Gegenstromvorwärmer
einer Warmwasserheizung.
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Der Begrenzer besteht aus einem länglichen Niveaugefäß i mit einem
unteren Zirkulationsraum 2, an den über einen verengten Hals 3 ein Schwimmerraum
4 mit verhältnismäßig kleiner Kon,densatspiegelfläche 5 angeschlossen ist. Ein im
Schwimmerraum 4 heb- und senkbarer Hauptschwimmer 6 betätigt über ein Gestänge 7
ein Kondensatzuflußventil8. Letzteres sperrt oder öffnet den Zufluß aus einer Kondensatleitung
9 eines Hauptverbrauchers, z. B. eines Gegenstromvorwärmers io einer Warmwasserheizung,
welcher der Dampf aus dem Wärmeverteilungsnetz über eine Dampfleitung i i zugeführt
wird. In den Heizröhren 12 des Vorwärmers io kondensiert der Dampf bei der Aufheizung
des durch Zuleitung 13 zufließenden und durch die Ableitung 14 abfließenden Warmwassers.
Das Kondensat aus den anderen Verbrauchern oder Abnehmern fließt frei durch die
Leitungen 15, 16 in den Zirkulationsraum 2 des Begrenzers i.
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Der Abfluß aus dem Raum 2 geschieht über ein vorgeschaltetes Auslaßventil
17 durch eine Meßdüse 18, welche entsprechend der zulässigen Höchstmenge bemessen
ist. Das Auslaßventil 17 wird beispielsweise in Abhängigkeit von Temperatur oder
Druck
der Heizanlage durch ein elektrisches Magnetventil i9 betätigt. Wie Fig. 2 zeigt,
können auch zwei oder mehr solcher Meßdüsen 18 mit Auslaßventilen 17 und Hubmagneten
19 vorgesehen sein.
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Nach Passieren der Meßdüse 18 gelangt das Kondensat in einen Austrittsraum
2o des Begrenzers, in welchem ein Kondensatspiegel21 besteht und aus dem das Kondensat
durch eine Abflußleitung 22 abströmen kann.
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Gemäß Fig. i wird der Kondensatspiegel 21 im Austrittsraum 2o durch
einen Hilfsschwimmer 23 ,auf gleicher Höhe gehalten. Der Hilfsschwimmer 23 ist in
einem über einen verengten Hals 24 an den Raum 2o angeschlossenen Hilfsschwimmerraum
25 angeordnet und über ein Gestänge 26 mit einem Abflußventil27 verbunden, aus dem
das Kondensat in die Abflußleitung 22 strömt.
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Solange bei dieser Ausführung des Begrenzers das Auslaßv entil 17
geöffnet ist und die zulässige Durcjiflußmenge nicht überschritten wird, strömt
das Kondensat, welches aus der Hauptzuflußleitung 9 und aus den Nebenzuflußleitungen
15, 16 in den Raum 2 des Begrenzers gelangt, durch die Meßdüse 18 in den Austrittsraum
20, wo bei Anstieg des Kondensatspiegels 21 der Schwimmer 23 das Auslaßventil 27
öffnet, so daß das Kondensat abfließen kann. Die wirksame Druckdifferenz für den
Durchfluß durch die Düse 18 ist der Höhenunterschied H der beiden Kondensatspiegel
5 und 21. Wird nun die zulässige Höchstmenge überschritten, so kann nicht mehr alles
zufließende Kondensat durch die Nfeßdüse 18 abfließen. Der Kondensatspiegel 5 im
Schwimmerraum 4 steigt an, wodurch der sich hebende Hauptschwimmer 6 das Zuflußventil
8 des Hauptverbrauchers io abschließt. Infolgedessen staut sich das Kondensat in
den Heizröhren 12 des Gegenstromvorwärmers io, wodurch der Dampfverbrauch sinkt.
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Wenn das Auslaßventil 17 vor der Meßdüse 18 geschlossen ist und durch
die Nebenleitungen 15, 16 Kondensat aus anderen Abnahmestellen, z. B. Kocheinrichtungen
oder Wärmwasserbereitern, zuströmt, so können diese verhältnismäßig kleinen Kondensatmengen
aus dem Raum 2 und 4 durch eine Überlaufleitung 28 in den Raum 25, 2o abgeführt
werden. Im Deckel des Schwimmerraumes4 ist durch eine Entlüftung 29 eine Verbindung
mit der Außenluft hergestellt.
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An das Düsenrohr der Meßdüse 18, und zwar vor dem Austrittsquerschnitt
derselben, kann eine Druckimpulsleitung 3o angeschlossen sein, welche in ein Standrohr
31 übergeht und über eine Druckleitung 32 auf den Balg 33 eines Zählwerks 34 wirkt.
Wenn beim Durchfluß durch die Meßdüse 18 der Druck vor letzterer ansteigt, betätigt
der Balg 33 über ein Hebelwerk 34 eine Kupplung 35, wodurch das Uhrwerk 36 eingerückt
wird und das Zählwerk zu laufen beginnt. Wird das Auslaßventil 17 vor der Meßdüse
18 geschlossen, so wird das Zählwerk wieder außer Betrieb gesetzt. Da die pro Zeiteinheit
durch die Meßdüse strömende Kondensatmenge konstant ist, kann auf diese Weise die
Kondensatmenge unmittelbar gezählt werden. Wenn das Kondensat nicht frei abläuft,
kann die Ausführungsform gemäß Fig. 2 vorgesehen werden. Dies trifft in den meisten
Fällen bei Heizkraftwerken zu, da die Heizräume in den Kellergeschossen untergebracht
sind und nur geringe Höhen besitzen. Hier tritt an Stelle des in Fig. i benutzten
Hilfsschwimmers 23 ein kleiner Gegenstromvorwärmer 37, welcher die aufgenommene
Wärme beispielsweise an die Rohrleitung 38 einer Warmwasserheizung oder Warmwasserbereitung
abführt. Seine Heizrohre 39 sind zwischen ein Sperrdampfpolster über den Kandensatspiegeln
und dem Kondensatablauf geschaltet. Die Zuführung des Dampfes, welcher gleichzeitig
den Druck für die Wegförderung des Kondensats liefern muß, erfolgt über eine Dampfdüse
40. Steigt hier beispielsweise der Druck in der Abflußleitung 22 an, so dringt Kondensat
in die Heizschlange 39 ein und verringert die für die Kondensation des überschüssigen
Dampfes verfügbare Heizfläche. Infolgedessen steigt der Druck des Sperrdampfes so
lange an, bis der zum Wegfördern des Kondensats erforderliche Druck erreicht ist
und sich eine Heizfläche eingestellt hat, welche den durch die Dampfdüse 40 mit
kritischem Druckgefälle zugeführten, überschüssigen Dampf gerade .kondensieren kann.
Die wirksame Druckdifferenz für die Meßdüse 18 des Begrenzers ergibt sich hier wieder
aus dem Höhenunterschied H zwischen dem Kondensatspiegel 5 im Schwimmergefäß 4 und
dem unteren Kondensat-Spiegel 21 im Austrittsraum 2o bzw. in der Heizschlange 39.
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Mit Rücksicht auf den Sperrdampf besteht bei dieser Ausführung der
Überlauf aus einem Schwimmer 41 mit daran befestigtem Ventilkegel 42, welcher beim
Anheben des Schwimmers 41 Kondensat durch die Düse 43 ablaufen läßt, auch wenn die
Auslaßventile 17 geschlossen sind. Die durch die Cberlaufdüse 43 abfließende Kondensatmenge
wird hier ebenso wie bei Fig. i vernachlässigt, wenn an die Meßdüse eine Druckimpulsleitung
zur Betätigung eines Mengenzählwerkes angeschlossen ist.
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Gemäß Fig. 4 wird auch die Überlaufmenge erfaßt, indem die durch das
Hauptauslaßventil17 strömende Kondensatmenge und die durch das Überlaufventil 42
abströmende Kondensatmenge in einen Düsenvorraum 44 gelangen, aus welchem die Gesamtmenge
durch die Meßdüse 18 abströmt. Eine Impulsleitung 45 ist an den Düsenvorraum 44
angeschlossen und betätigt eine elektrische Schaltvorrichtung 46, die den Zählwerksantrieb
47 einrückt bzw. ausschaltet.
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Gemäß Fig.3 kann innerhalb eines Gebäudes oder Abnehmers ein Dampfverbraucher
derart geschaltet werden, daß er nur in den Betriebspausen des Hauptverbrauchers
Dampf bezieht. Dies ist z. B. bei der Speisung einer Warmwasserbereitung möglich,
welche in die Betriebspausen einer Heizung verlegt wird. Zu diesem Zweck ist mit
dem Hauptbegrenzer i ein Nebenbegrenzer 48 verbunden, welcher im Prinzip ähnlich
wie der Hauptbegrenzer ausgebildet ist. Jedoch liegt der Kondensatspiegel 49 im
Schwimmergefäß 5o für den Beginn
der Öffnung des Kondensatzulaufventils
5i um die Höhe h tiefer als der Kondensatspiegel 5 des Hauptbegrenzers i. Das Kondensat
läuft durch die Düse 52 über eine Leitung 53 in einen Raum 54 zwischen Auslaßventil
17 und Meßdüse 18 des Hauptbegrenzers. Wenn das Auslaßventi117 geschlossen ist,
läuft das Kondensat aus dem Nebenbegrenzer 48 über die Meßdüse 52 ab, so daß der
Kondensatstand im Nebenbegrenzer absinkt und der Schwimer 55 das Zuflußventil 51
öffnet. Wird nun der Hauptbegrenzer i durch Öffnung des Auslaßv entils 17 eingeschaltet,
so steigt der Druck im Raum 54 vor der Meßdüse 18 an. Dann kann aus dem Nebenbegrenzer
48 kein Kondensat mehr abfließen, so daß der Kondensatspiegel49 ansteigt und das
Zuflußventil 51 mit Hilfe des Schwimmers 55 absperrt.
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Für manche Abnehmer ist der Anstau des Kondensats zur Regelung des
Wärmeverbrauches im Hauptverbraucher, z. B. im Vorwärmer io der Fig. i, nicht erwünscht.
In diesem Falle kann der Begrenzer gemäß Fig. 5 auch auf der Dampfseite steuern,
so daß die Heizfläche im Wärmeverbraucher nur unter dem Druck der Kondensatleitung
steht. Gemäß Fig. 5 besitzt der Begrenzer eine Meßdüse 18, welche das Kondensat
frei in den Austrittsraum 2o und den Abflußkanal 22 abströmen läßt. Der Abnehmer
möge hier von einem Kochkessel 56 gebildet sein, welcher über ein Ventil 57 mit
Dampf gespeist wird, der bei 58 in den Kessel 56 eintritt. Der Dampf kondensiert
in der Heizfläche des Kessels 56, und das Kondensat wird durch die Zuflußleitung
59 ohne Zwischenventil in den Raum 2 des Begrenzers i eingeführt. Wenn das Auslaßventil
17 öffnet, sinkt der Kondensatspiegel5 im Raum 4, wobei der Schwimmer 6 über das
Gestänge 7 und die Ventilstange 6o das Dampfventil 57 allmählich öffnet. Wenn dagegen
das Auslaßventil 17 geschlossen wird, staut sich das Kondensat im Begrenzer an,
wodurch der Schwimmer 6 gehoben und das Dampfventil 57 geschlossen wird. Kondensiert
nun der Dampf im Kochkessel, so saugt er Kondensat aus dem Begrenzer zurück, so
daß der Schwimmer das Dampfventil 57 wiederum etwas öffnet. Dieses Spiel wiederholt
sich so lange, bis die gesamte Heizfläche des Kessels 56 vom Kondensat bedeckt und
auch die Leitung vom Dampfeinlaß 58 bis zum Dampfventil 57 gefüllt ist. Eine Entlüftung
ist hier nicht erforderlich, weil keine Luft in die Heizfläche eindringen kann.
Auf diese Weise wird auch bei dieser Ausführungsform der Dampfverbrauch auf die
höchstzulässige Menge begrenzt.