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Einrichtung zur Regelung eines Zwangdurchlaufkessels bei schnellen
Laständerungen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung eines Zwangdurchlaufkessels
bei schnellen Laständerungen und geht dabei von Beobachtungen am Zwangdurchlaufkessel
bei großen und schnellen Laständerungen aus.
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Es sei zunächst das Verhalten bei Lastanstieg betrachtet. Der Lastgeber
stellt in diesem Fall eine entsprechend größere Brennstoff- und Speisewassermenge
ein. Das Durchlaufsystem hat eine gewisse Trägheit, so daß eine augenblickliche
Änderung der erzeugten Dampfmenge nicht zu erwarten ist, wohl aber eine allmähliche
stetige Angleichung an den neuen Belastungszustand. Die Erfahrung zeigt jedoch,
daß der Änderungsvorgang nicht in dieser Weise vor sich geht. Die Dampftemperatur
steigt vielmehr zunächst scharf an, geht dann wieder zurück und gleicht sich schließlich
an den geforderten Sollwert an. Es war daher zunächst erforderlich, den Mechanismus
derartiger Pendelerscheinungen zu ermitteln. Sie beruhen auf folgenden Erscheinungen:
Das Durchflußsystem ist auf einem gewissen Teil seiner Erstreckung mit Wasser, auf
dem restlichen Teil mit Dampf angefüllt. Jetzt werde zur Anpassung an die gesteigerte
Kesselbelastung die Speisewassermenge vergrößert. Wasser ist praktisch inkompressibel,
so daß die vergrößerte Wassermenge die davorliegende Dampfmenge wie einen Kolben
vor sich herschiebt. Der Dampf selbst ist aber kompressibel. Um eine größere Menge
zum Strömen zu bringen, ist ein größeres Druckgefälle erforderlich. Bis sich dieses
Druckgefälle aufgebaut hat, wirkt der Dampf gegenüber dem nachdringenden Wasser
wie eine Feder. Er wird durch das in vergrößerten Mengen zuströmende Wasser zunächst
zusammengedrückt,
bis sich das nötige Druckgefälle aufgebaut hat. Während dieser Periode wird ihm,
da auch die Brennstoffmenge vergrößert wurde, eine größere Wärmemenge zugeführt,
d. h:, seine Temperatur steigt an. Dann tritt eine Beschleunigung der Dampfströmung
ein, analog der Entspannung einer Feder. Die Dampfmenge ist jetzt im Verhältnis
zur Brennstoffmenge zu groß, d. h., die Temperatur sinkt ab, bis sich schließlich
der neue Gleichgewichtszustand zwischen zuströmender Wassermenge und abströmender
Dampfmenge einstellt. Bei Lastabsenkung, d. h. verringerter Speisemenge, verläuft
der Vorgang in der Weise, daß bei Verringerung der Speisewasser- und Brennstoffmenge
die abströmende Dampfmenge zunächst noch größer ist, als dem neuen Lastzustand entspricht.
Da, wie gesagt, die Brennstoffmenge verkleinert wurde, tritt jetzt zunächst eine
Abkühlung des Dampfes unter den Sollwert ein. Die sich hierauf einstellende Dampfmenge
ist dann kleiner, als der zugeordneten Brennstoffmenge entspricht, und die Dampftemperatur
steigt über den Sollwert an, bis sich wieder Dampfmenge und Wassermenge einander
angeglichen haben.
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Aus dieser neuen Erkenntnis entstand die Erfindung, die darin besteht,
daß bei starken und schnellen Laständerungen durch einen Verschwindimpuls die Speisewassermenge
übergeregelt wird, d. h. daß bei Lastanstieg zunächst eine größere und bei Lastabsenkung
eine kleinere als die tatsächlich benötigte Speisewassermenge eingespeist wird,
und zwar durch einen zusätzlichen Beschleunigungsregler mit Differentialverhalten
zur vorübergehenden Über- bzw. Unterregelung der Speisewassermenge, der in Wirkungsverbindung
mit dem Speisewasserregler steht. Wenn wir wieder die Analogie des Wasserkolbens
wählen, so bedeutet die neue Regelung, daß vorübergehend bei Lastanstieg ein vergrößerter
Kolbenweg mit vergrößerter Kolbenkraft und bei Lastabsenkung ein verkleinerter Kolbenweg
mit verkleinerter Kolbenkraft eingeregelt wird.
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Das neue Regelschema ist in der Figur dargestellt. Das Zwangdurchlaufsystem
bildet die Regelstrecke Ssp"" der eine Meßblende ME -Vor-und eine Meßblende MA nachgeschaltet
ist. An HE wird die eintretende Speisewassermenge, an MA die austretende Dampfmenge
gemessen. Im Gleichgewicht sind die beiden Mengen gleich. Die Speisewassermenge
wird über einen als Proportional-Intervall-Regler gebauten Speisewasserregler RS",
geregelt, dessen Führungsgröße Wsp" etwa von einem Lastgeber abgeleitet wird (die
Brennstoffregelung konnte als für die Erfindung unerheblich weggelassen werden).
Die vom Speisewasserregler RS" ausgehende Stehgröße Ysp" wirkt etwa auf ein Regelventil
in der Speisewasserleitung ein. Die Regelgröße Xsp, wird an der Meßblende 17E abgenommen
und auf den Speisewasserregler Rspw gegeben. Auf diesen Regler wirkt außerdem ein
Temperaturmeßgerät, dessen Stellgröße mit YT i bezeichnet ist. Es handelt sich bis
hier um eine bekannte Regelanordnung.
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Zur Durchführung der Erfindung wird zusätzlich der als Proportional-Differential-Regler
gebaute Beschleunigungsregler RB vorgesehen, auf den die beiden Regelgrößen XBspsv
und XBDpf einwirken. Die beiden Regelgrößen sind die Mengenwerte von Speisewasser
und Dampf. Der Beschleunigungsregler RB wirkt durch die Stellgröße YB auf den Speisewasserregler
Rsp, Der Beschleunigungsregler RB arbeitet mit der Rückführung RF.
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Steigt die Last des Kessels scharf und schnell an, so stellt zunächst
der Speisewasserregler Rsp, eine entsprechend größere Speisewassermenge ein, die
an der Meßblende ME gemessen wird. Jetzt ist das Gleichgewicht zwischen den Meßwerten
an den Blenden ME und MA gestört und damit das Verhältnis der auf dem Beschleunigungsregler
RB wirkenden Regelgrößen XBspw und XBDpf. Der Beschleunigungsregler RB gibt
die Stellgröße YB auf den Speisewasserregler Rsp"" und dieser stellt jetzt eine
vergrößerte Speisewassermenge ein. Da jedoch der Regler RB ein Regler mit Differentialeinfluß
ist, so ist der auf den Speisewasserregler Rsp" gegebene Impuls ein Verschwindeimpuls,
d. h., die Überregelung der Speisewassermenge ist zeitlich begrenzt, wie es ja auch
dem Zweck der Einrichtung entspricht.
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Im Fall der Lastabsenkung würde der an der Ausgangsblende MA gemessene
Wert die bestimmende Regelgröße XBDpf sein und über dem Beschleunigungsregler
RB die durch den Speisewasserregler RS" eingestellte Speisewassermenge vorübergehend
zurücknehmen.