DE861157C

DE861157C - Electric level controller, especially for regulating the liquid level in steam and hot water boilers

Info

Publication number: DE861157C
Application number: DES19761D
Authority: DE
Inventors: Albert Tenchio
Original assignee: FR SAUTER A G
Current assignee: FR SAUTER A G
Priority date: 1942-03-03
Filing date: 1942-03-03
Publication date: 1952-12-29

Description

Elektrischer Niveauregler, insbesondere zur Regulierung des Flüssigkeitsniveaus in Dampf- und Heißwasserkesseln Bei der Konstruktion von Niveaureglern, insbesondere bei solchen, die sich zur Regulierung des Flüssigkeitsniveaus in Dampf- und Heißwasserkessehi eignen, erweist es sichals schwierig, die Bewegung des Schwimmers auf die Reglerapparatur zu übertragen unter gleichzeitiger hermetischer und druckfester Ab- trennung der Reglerelemente vom Flüssigkeitsraum.Electric level regulator, especially for regulating the liquid level in steam and hot water boilers When designing level regulators, especially those which are suitable for regulating the liquid level in steam and hot water boilers, it is difficult to transfer the movement of the float to the regulator apparatus at the same time hermetic and pressure resistant exhaust the regulator elements separation from the liquid space.

Es sind Niveauregler bekannt, bei welchen die Bewegung eines Schwimmers über einen Federbalg auf ein elektrisches Kontaktsystern übertragen wird. In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß die flexible Stelle, d. h. der Federbalg solcher Regler, leicht undicht wird und daher öfters zu Reparaturen Anlaß gibt. Vorliegende Erfindung bezweckt, eine Verbesserung der bestehenden Niveauregler, insbesondere hinsichtlich Betriebssicherheit und Einfachheit zu erzielen.Level regulators are known in which the movement of a float is transmitted to an electrical contact system via a bellows. In practice, however, it has been found that the flexible point, i.e. H. the bellows of such regulators easily leaks and therefore often gives rise to repairs. The present invention aims to improve the existing level regulator, in particular with regard to operational safety and simplicity.

Gegenstand der Erfindung ist ein elektrischer Niveauregler, insbesondere zur Regulierung des Flüssigkeitsniveaus in Dampf- und Heißwasserkesseln. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht in der Hauptsache darin, daß dieselbe einen oder mehrere mit einem von dem zu messenden Flüssigkeitsstand beeinflußten Schwimmer in Bewegungsverbindung stehenden ferromagnetischen Körper aufweist, durch dessen Verstellung im, Luftspalt eines oder mehrerer Wechselstromelektromagneten der Erregerstrom eines oder mehrerer mit Steuerkontakten versehener, das Regulierorgan beherrschender, mit dem oder den Elektromagneten, vorzugsweise in Serie, zusammengeschalteter Relais verändert wird, wobei der ferromagnetische Körper in einem mit dem Flüssigkeitsraum in Verbindung stehenden unmagnetischen Rohr gleitend angeordnet ist während die übrigen Teile des Reglers vom Flüssigkeitsraum hermetisch abgeschlossen sind.The invention relates to an electrical level regulator, in particular for regulating the liquid level in steam and hot water boilers. The inventive Device consists mainly in the fact that the same one or more with a swimmer, influenced by the liquid level to be measured, in motion has standing ferromagnetic body, by adjusting it in the air gap one or more alternating current electromagnets the excitation current of one or more equipped with control contacts, that Regulatory body dominant, relay connected together with the electromagnet or electromagnets, preferably in series is changed, the ferromagnetic body in one with the liquid space associated non-magnetic pipe is slidably disposed during the other parts of the regulator are hermetically sealed from the liquid space.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführun eispiel dargestellt. Dieselbe zeigt .gsb einen Vertikalschnitt durch einen Niveauregler mit von einem Schwimmer beeinflußten Elektromagneten sowie ein Schaltungsscherna des dazugehörigen Regulierapparats.In the drawing, the subject of the invention is in an exemplary embodiment shown. The same shows .gsb a vertical section through a level controller with an electromagnet influenced by a float and a circuit diagram of the associated regulating apparatus.

Der dargestellte Niveauregler besteht aus folgenden Einrichtungen: Der druckfeste Flüssigkeitsbehälter i ist durch die Rohre 2 und 3 kommunizierend mit dem Dampfkessel 4 verbunden und weist daher das gleiche Flüssigkeitsniveau 5 auf wie Kessel 4. Im Behälter i ist ein Schwimmer 6 untergebracht, an welchem eine in einem unmagnetischen Rohr 7 vertikal verschiebbare Stange 8 befestigt ist. Am oberen Ende der Stange 8 ist ein ferromagnetischer zylindrischer Körper 9, dessen Achse mit derjenigen des Rohres 7 konzentrisch verläuft, befestigt, der mit geringem seitlichem Spiel ini Rohr 8 gleitet. Gegen das untere Ende wird Stange 8 durch einen Lagerbügel io geführt. Auf dem Behälter i ist ein Apparategehäuse ii mit Traggerüst 12 und Schutzdeckel 13 auf einem als Büchse ausgebildeten Verbindungsstück 14 montiert und an den Verbindungsstellen 15 von Apparategehäuse ii und Büchse 14 gasdicht verlötet. Die Büchse 14, in welche das am oberen Ende verschlossene Rohr 7 passend eingeschoben ist, ist in ihrem oberen Teil als Stopfbüchse 16 ausgebildet, mittels welcher das Rohr 7 gegenüber dem Apparategehäuse 11, 13 hermetisch abgedichtet werden kann.The level controller shown consists of the following devices: The pressure-tight liquid container i is communicating with the steam boiler 4 through pipes 2 and 3 and therefore has the same liquid level 5 as boiler 4. In container i there is a float 6 , on which a in a non-magnetic tube 7 vertically displaceable rod 8 is attached. At the upper end of the rod 8 , a ferromagnetic cylindrical body 9, the axis of which runs concentrically with that of the tube 7 , is attached, which slides in the tube 8 with little lateral play. Towards the lower end, rod 8 is guided through a bearing bracket io. On the container i, an apparatus housing ii with supporting frame 12 and protective cover 13 is mounted on a connector 14 designed as a bushing and soldered gas-tight at the connection points 15 of apparatus housing ii and bushing 14. The sleeve 14, into which the tube 7 closed at the upper end is inserted, is designed in its upper part as a stuffing box 16, by means of which the tube 7 can be hermetically sealed with respect to the apparatus housing 11, 13.

Die auf den Spulenkörpern 1-7, 18, ig, 2o gewickelten Ringspulen 21, 22, 23, 24 sind über das Rohr 7 geschoben und werden durch die die Spulen umfassenden Eisenmäntel ?,5, 26, 27, 28, welche mittels Schrauben 30, 31, 32, 33 am Traggerüst 12 befestigt sind, gehalten. Die so gebildeten Elektromagnete können üi dem Schlitz 34 des Traggerüstes 12 vertikal verstellt und damit der Abstand zwischen den einzelnen Magneten reguliert werden. The toroidal coils 21, 22, 23, 24 wound on the coil bobbins 1-7, 18, ig, 2o are pushed over the tube 7 and are supported by the iron sheaths?, 5, 26, 27, 28, which are attached by means of screws 30 , 31, 32, 33 are attached to the support frame 12, held. The electromagnets formed in this way can be adjusted vertically via the slot 34 of the support frame 12 and thus the distance between the individual magnets can be regulated.

Die Magnetspulen z2 und 23 sind über Leitungen 39, 40 mit Erregerspulen 35 und 36 eines Differentialrelais iz in Serie geschaltet und über die Leitungen 41, 42 an die Stromquelle 43 angeschlossen. Mit der Spüle 36 ist im weiteren ein Regulierwiderstand 44 in Serie geschaltet, der zur Abgleichung des Relais dient. An dem um die Achse 38 schwenkbar gelagerten Anker 37 ist eine Kontaktzunge 45 befestigt, welche mit Steuerkontakten 46 und 47 zusammenarbeitet.The magnetic coils z2 and 23 are connected in series with excitation coils 35 and 36 of a differential relay iz via lines 39, 40 and connected to the current source 43 via the lines 41, 42. In addition, a regulating resistor 44 is connected in series with the sink 36 and serves to balance the relay. A contact tongue 45, which works together with control contacts 46 and 47, is attached to the armature 37 , which is pivotably mounted about the axis 38.

b ist ein von Relais beherrschtes Regulierorgan, welches die Wasserzu - fuhr in den Kessel 4 reguliert. Es besteht aus dem reversierbaren du ' rch Leitungen 4-, und 68 mit der Stromquelle 43 verbundenen Antriebs motor 48 mit Erregerwicklungen 49 und 5o, sowie dem Rcgulierventil 51. b is a dominated by relay Regulator which the water to - driving in the boiler 4 regulated. It consists of the reversible du 'rch lines 4, and 68 connected to the power source 43 drive motor 48 having excitation coils 49 and 5o, and the Rcgulierventil 51st

c und d sind Relais, welche beim Über- bzw. Unterschreiten eines bestimmten Flüssigkeitsniveaus eine Alarm- oder Signaleinrichtung betätigen. Sie bestehen aus Relaiskernen 52, 5z, Erregerwicklungen 53, 53', Relaisankern 54, 54', welche in Punkten 55, 55' schwenkbar gelagert sind, und im schwach erregten Zustand vermöge der Zugkraft der Federn 56, 56' die Kontakte 57, 57' gegen Kontakte 58, 58' drücken. Die Erregerspule 53 ist mit Erregerspule 24 des Magneten 28 über Leitungen 59 und 6o in Serie geschaltet und über die Leitungen 41 und 61 an die Stromquelle angeschlossen, während die Erregerspule 25 in Serie geschaltet und über die Leitungen 41 und 61 an die Stromquelle 43 angeschlossen ist. Bei schwach erregten Spulen 53, 53' schließen die Kontakte 57, 57' und betätigen je eine Alarm- o " der Signaleinrichtung64, 64', welche über die Leitungen 65 und 66 bzw. 65 und 67 ebenfalls an die Stromquelle 43 angeschlossen sind.c and d are relays which activate an alarm or signaling device when a certain liquid level is exceeded or not reached. They consist of relay cores 52, 5z, excitation windings 53, 53 ', relay armatures 54, 54', which are pivotably mounted in points 55, 55 ' , and in the weakly excited state due to the tensile force of springs 56, 56' the contacts 57, 57 ' Press against contacts 58, 58'. The excitation coil 53 is connected in series with the excitation coil 24 of the magnet 28 via lines 59 and 6o and connected to the power source via the lines 41 and 61, while the excitation coil 25 is connected in series and connected to the current source 43 via the lines 41 and 61 . When the coils 53, 53 'are weakly excited, the contacts 57, 57 ' close and each actuate an alarm o "of the signaling device 64, 64 ', which are also connected to the power source 43 via the lines 65 and 66 or 65 and 67.

Die Wirkungsweise des Niveaureglers ist folgende: Ändert sich das Wasserniveau im Dampfkessel 4 bzw. im Behälter i, so wird der Schwimmer 6 und die an diesem befestigte Stange 8 mit dem ferromagnetischen Zylinderstück 9 entsprechend der Niveauänderung vertikal verschoben. Durch die vertikale Verschiebung des Eisenzylinders 9 in dem Rohr 7 wird die Selbstinduktion und damit der Strom in den Erregerspulen22 und 23 sowie den Relaisspulen 35 und 36 verändert. Da das Rohr 7 nicht magnetisch ist und die Eisenmängel 25, 26, 27, 28 nur seitlich und am äußeren Umfang der Spulen 21, 22, 23, 24 vorhanden sind, findet der magnetische Fluß im Innern, d. h. im Luftspalt der Magnete einen bedeutenden magnetischen Widerstand vor. Der magnetische Fluß eines Elektromagnets und damit die Selbstinduktion der Spulen werden wesentlich erhöht, wenn sich der Eisenzylinder 9 im Innern der Spulebefindet und den Luftspalt teilweise überbrückt.The mode of operation of the level controller is as follows: If the water level in the steam boiler 4 or in the container i changes, the float 6 and the rod 8 attached to it with the ferromagnetic cylinder piece 9 are shifted vertically according to the change in level. The vertical displacement of the iron cylinder 9 in the tube 7 changes the self-induction and thus the current in the excitation coils 22 and 23 and the relay coils 35 and 36 . Since the tube 7 is not magnetic and the iron defects 25, 26, 27, 28 are only present on the side and on the outer circumference of the coils 21, 22, 23, 24, the magnetic flux takes place inside, i.e. H. There is a significant magnetic resistance in the air gap between the magnets. The magnetic flux of an electromagnet and thus the self-induction of the coils are significantly increased when the iron cylinder 9 is located inside the coil and partially bridges the air gap.

Weist das Wasserniveau den gewünschten Sollwert auf, so sind die Ströme in den Relaisspulen 35 und 36 ausgeglichen, und der Anker 37 befindet sich üi der Mittellage, so daß die Kontaktzunge 45 keinen der beiden Kontakte 46 oder 47 berührt. Der Eisenzylinder 9 steht hierbei zwischen den Spulen --2 und 23. Sinkt das Wasserniveau zu tief, so kommt der Zy- linder 9 auf die Höhe der Spule 2,2, zu stehen, wodurch der induktive Widerstand dieser Spule erhöht und der Strom in der Relaisspule 35 reduziert wird. Der Relaisanker 37 kippt dadurch im Gegenuhrzeigersinn um die Achse 38, -schließt Kontakt 45 mit 47 und setzt den Antriebsmotor 48 des Ventils 51 in Bewegung. Hierbei wird das Ventil 51 geöffnet und das Wasserniveau im Kessel langsam gehoben, wodurch der Eisenzylinder 9 aus dem Bereich der Spule 22 gebracht wird un el der Relaisanker 37 wieder in die Mittellage zu stehen kommt. Das Ventil 51 bleibt jedoch so lange geöffnet, bis das ansteigende Wasserniveau den Eisenzylinder 9 in den Bereich der Spule 23 gebracht h#t, wodurch der Strom in dieser sowie in der Relaisspule 36 reduziert wird und der Anker 37 ini Uhrzeigersinn um die Achse 38 kippt. In dieser Lage des Relaisankers 37 kommt Kontaktzunge 45- mit Kontakt 46 in Berührung, wodurch der Motor 48 im entgegengesetzten Sinn angetrieben und das'Ventil 51 wieder geschlossen wird. Did Genauigkeit der Niveauregulierung ist gegeben durch den Abstand der Magnetspulen 2:z und 23. Dieser kann durch Lösen der Schrauben 31 und 32 und Verschieben der Miagnete auf dem Traggestell 12 reguliert werden.If the water level has the desired setpoint, the currents in the relay coils 35 and 36 are balanced and the armature 37 is in the central position, so that the contact tongue 45 does not touch either of the two contacts 46 or 47. The iron cylinder 9 stands between the coils --2 and 23. If the water level sinks too low, the cylinder 9 comes to the height of the coil 2, 2 to stand, whereby the inductive resistance of this coil increases and the current in the relay coil 35 is reduced. The relay armature 37 thereby tilts in the counterclockwise direction about the axis 38, -close contact 45 with 47 and sets the drive motor 48 of the valve 51 in motion. Here, the valve 51 is opened and the water level in the boiler is slowly raised, whereby the iron cylinder 9 is brought out of the area of the coil 22 and the relay armature 37 comes to stand again in the central position. The valve 51 remains open until the rising water level has brought the iron cylinder 9 into the area of the coil 23 , whereby the current in this and in the relay coil 36 is reduced and the armature 37 tilts clockwise around the axis 38 . In this position of the relay armature 37 , the contact tongue 45 comes into contact with the contact 46, as a result of which the motor 48 is driven in the opposite direction and the valve 51 is closed again. The accuracy of the level control is given by the distance between the magnet coils 2: z and 23. This can be regulated by loosening the screws 31 and 32 and moving the magnet on the support frame 12.

Fällt das Wasserniveau aus irgendeinem Grunde, z. B. infolge Bruches der Wasserleitung unter einen bestimmten Wert, so daß der Eisenzylinder 9 in den Bereich der Magnetspule 21 zu stehen kommt, so fällt infolge Abnahme des Stromes in der Relaisspule 53 der Magnetanker 54 ab, so daß durch Schließen des Kontaktes 57 die Alarmeinrichtung 64 betätigt wird * Hierdurch kann der Kessel vor Schaden bewahrt werden. Steigt das Wasserniveau über den zulässigen Wert, z. B. infolge Undichtwerdens des Regulierventils, so daß der Zylinder 9 in den Bereich der Spule 24 zu stehen kommt, so wird durch Verminderung des Stromes in Relaisspule 53' der Kontakt 57' geschlossen und Alarmeinrichtung 64' betätigt. Der gegenseitige Abstand der Magnetspulen 9 1 und :24 kann durch die Schrauben 30 und 33 ebenfalls reguliert werden.If the water level falls for any reason, e.g. B. as a result of a break in the water pipe below a certain value, so that the iron cylinder 9 comes to stand in the area of the magnetic coil 21, so falls due to the decrease in the current in the relay coil 53 of the armature 54, so that by closing the contact 57, the alarm device 64 is actuated * This can protect the boiler from damage. If the water level rises above the permissible value, e.g. B. as a result of the regulating valve leaking so that the cylinder 9 comes to a standstill in the area of the coil 24, the contact 57 'is closed by reducing the current in the relay coil 53' and the alarm device 64 'is actuated. The mutual distance between the magnetic coils 9 1 and: 24 can also be regulated by means of the screws 30 and 33.

Der beschriebene Niveauregler gestattet, ein Flüssigkeitsniveau auf einfache und betriebssichere Weise zu regulieren, wobei der ganze elektrische Teil des Reglers hermetrisch vom Flüssigkeitsraum abgetrennt ist.The level regulator described allows a liquid level simple and safe way to regulate, with the whole electrical part of the regulator is hermetrically separated from the liquid space.

Die Anordnung der Elektromagneten auf dem Rohi 7 sowie deren Zusammenschaltung mit dem Steuerrelais a könnte auch anders erfolgen, als vorstehend beschrieben. So könnten z. B. mehrere Magnetspulen mit verschiedener Induktivität übereinander angeordnet und unter, sich sowie mit einer Spule des Differentialrelais in Serie geschaltet und an die Stromquelle angeschlossen sein. Die andere Relaisspule wäre hierbei über Regulierwiderstand 44 direkt an die Stromquelle angeschlossen. Die Induktivität der einzelnen in Serie geschalteten und übereinander angeordneten Magnetspulen wäre so, daß z. B. die unterste die kleinste und die oberste die größte Induktivität aufweisen würde, und das Differentialrelais wäre so abgeglichen, daß der Anker im Gleichgewicht wäre, wenn der Eisenzylinder 9 in der Mitte der Magnetspulen stehen würde. Bei sinkendem Niveau würde dann der Strom in den Magnetspulen zu- und bei steigendem Niveau abnehmen, so daß der Relaisanker aus dem Gleichgewicht käme und das Ventil geöffnet oder geschlossen würde.The arrangement of the electromagnets on the Rohi 7 and their interconnection with the control relay a could also be done differently than described above. So could z. B. several solenoid coils with different inductance arranged one above the other and under, and connected in series with a coil of the differential relay and connected to the power source. The other relay coil would be connected directly to the power source via regulating resistor 44. The inductance of the individual solenoids connected in series and arranged one above the other would be such that, for. B. the lowest and the highest inductance would have the smallest, and the differential relay would be balanced so that the armature would be in equilibrium if the iron cylinder 9 were in the middle of the magnet coils. When the level falls, the current in the solenoid coils would then increase and when the level rises, it would decrease, so that the relay armature would lose its equilibrium and the valve would be opened or closed.

Als Steuerrelais braucht nicht unbedingt ein Differentialrelais verwendet zu werden, sondern es könnten auch zwei einfache Relais, wie für die Signaleinrichtung c und d verwendet, zur Anwendung kommen, wobei das eine das Ventil öffnen, das andere dieses schließen würde.A differential relay does not necessarily have to be used as the control relay, but two simple relays, as used for the signaling device c and d , could also be used, one opening the valve and the other closing it.

An Stelle mehrerer in Serie geschalteter Spulen mit verschiedener Induktivität könnte ebenfalls eine einzige konische Spule verwendet werden, deren Windungsdichte am einen Ende größer ist als am anderen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine einzige Ringspule zu verwenden und den Eisenkörper 9 konisch zu gestalten, wodurch die Induktivität dieser Spule in Abhängigkeit des Flüssigkeitsniveaus verändert würde.Instead of several coils connected in series with different inductances, a single conical coil could also be used, the winding density of which is greater at one end than at the other. Another possibility is to use a single toroidal coil and to make the iron body 9 conical, which would change the inductance of this coil as a function of the liquid level.

Der beschriebene Niveauregler kann grundsätzlich zur Regulierung irgendeines Flüssigkeitsniveaifs, sei es Wasser, Öl oder andere Flüssigkeiten, verwendet werden.The level regulator described can in principle be used to regulate any liquid level, be it water, oil or other liquids.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electric level controller, in particular for regulating the liquid level in steam and hot water boilers, characterized in that it has one or more ferromagnetic bodies in motion with a float that is influenced by the liquid level to be measured, and one or more alternating current electromagnets by moving it in the air gap Excitation current of one or more provided with control contacts, the regulating organ dominating, with the one or more Elektroiagneten, preferably in series, interconnected relay is changed, wherein the ferromagnetic body is slidingly arranged in a non-magnetic tube connected to the liquid space, while the other parts of the Regulator are hermetically sealed from the liquid space.

2. Electrical level controller according to claim i, characterized in that # that one or more, z. B. cylindrically or conically shaped 'ferromagnetic bodies are connected to the float by a rod, which are guided through gastight sealing organs in the vertically arranged, closed at the upper end tube. 3. Electrical level controller according to claim i and 2, characterized in that the same has two superposed, connected by a tubular piece, gas-tight sealed housing, of which the lower contains the float and the upper at least the electromagnet. 4. Electrical level controller according to claims i to 3, characterized in that the electromagnets ringförn-lige, completely or partially enclosed by an iron jacket, preferably pushed over the tube, have adjustable coils on the same, the iron jacket each 'one in the coil center by one Air gap forms interrupted magnetic circuit. 5. Electrical level controller according to claims i to 4, characterized in that the relay connected in series with the electromagnet is a differential relay with two excitation coils. 6. Electrical level controller according to claims i to 5, characterized in that one of the excitation coils of the relay is connected directly to an'die power source, while the other is connected in series with the excitation coil of at least one electromagnet and is connected to the power source. 7. Electrical level controller according to claims i to 6, characterized in that each of the two excitation coils of the relay is connected in series with the excitation coil of an electromagnet and is connected to the power source. 8. Electrical level controller according to claims i to 7, characterized in that the same has a plurality of electromagnets with variable mutual spacing, the excitation coils of which have different self-induction and are connected in series. G. Electrical level regulator according to Claims i to 8, characterized in that it has two sheet-metal magnets with adjustable mutual spacing, the excitation coils of which are each connected in series with a coil of the relay. ok NachAnsprüchen electrical level controller i to 9, characterized in that the same two further electromagnets having adjustable in the direction of movement of the ferromagnetic body distance, of which the one in excess, the other sets each an alarm device in activity when it falls below a certain liquid level. -