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Selbsttätige Vorrichtung zum Regeln des Wasserstandes in Dampfkesseln.
Den Gegenstand der Erfindung bildet eine einfache, wirtschaftlich und betriebssicher
arbeitende Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Dampfkesselspeisung, deren
Anbringung nicht nur von der Bauart, sondern auch von den jeweilig gegebenen Größen-,
Platz- und Druckverhältnissen der auszurüstenden Dampfkesselanlage unabhängig ist.
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Die Vorrichtung kann mit Dampfkesselspeisungen jeder Art in Verbindung
gebracht, auch zur Auslösung von auf Druckausgleich beruhenden Speisevorrichtungen
(Cohnfeldsches
Prinzip) und ebenso zur Bewegung von Signaleinrichtungen
(Speiserufern) benutzt werden.
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Die Wirkungsweise des neuen Speisereglers gründet sich auf den im
Prinzip bekannten Druckunterschied, der in einem in den Dampfkessel eingeführten,
mit seinem unteren, offenen Ende in das Kesselwasser eintauchenden Standrohr entsteht,
wenn infolge Sinkens des Wasserspiegels die untere Rohrmündung freigelegt wird oder
wenn der umgekehrte Vorgang sich abspielt.
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Solange die Mündung des Standrohres sich unter Wasser befindet, herrscht
in dem Standrohr, gemessen am oberen Ende, der Kesseldruck abzüglich des Druckes,
der zur Hebung der durch den Kesseldruck in das Rohr gedrückten Wassersäule erforderlich
ist. Bei Freigabe der Rohrmündung durch den sinkenden Wasserspiegel fließt das Wasser
aus dem Rohr in den Kessel zurück; es wird statt dessen von dem Kesseldampf erfüllt
und' steht dann unter dem vollen Kesseldruck.
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Nach dieser Erfindung wirken zwei derartige Differenzdruckrohre in
der Weise zusammen, daß durch die Druckdifferenz, die in dem bis zur unteren Wasserstandsgrenze
in das Wasser eintauchenden Rohre bei Sinken des Wasserspiegels unter diese Grenze
entsteht, die Dampfleitung zu der jeweils in Frage kommenden Speisepumpe geöffnet
und diese dadurch selbsttätig in Betrieb gesetzt wird. Das andere, mit seiner Mündung
nur bis an die obere Wasserstandsgrenze reichende Rohr führt dagegen umgekehrt die
Schließung der Dampfzuleitung und dadurch die selbsttätige Abstellung der Speisepumpe
herbei, sobald infolge der Speisung der Wasserspiegel über die Mündung- dieses Rohres
wieder hinausgelangt.
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Hiernach 'beginnt also die Speisung, sobald der Wasserstand bis zur
unteren Wasserstandsgrenze gesunken ist, und dauert an, bis der Wasserspiegel die
obere Grenze erreicht hat. Die während einer solchen Speiseperiode zu fördernde
Wassermenge wird durch den Höchstabstand der Mündungen beider Standrohre voneinander
bestimmt und kann durch andere Einstellung dieses Abstandes beliebig bemessen werden.
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Die während jeder Speiseperiode in den Kessel geförderte Wassermenge
ist demzufolge stets die gleiche. Infolgedessen bietet sich die Möglichkeit, mit
der Speiseregelung eine lediglich auf der Zählung der Speiseperioden beruhende und
daher sehr einfache und sichere Kontrolle über den Wasser- und damit den Dampfverbrauch
zu verbinden.
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Aus der beschriebenen Wechselwirkung der beiden Differenzdruckrohre
ergibt sich ferner infolge des Umstands, daß der Regler nach Vorstehendem nur immer
erst nach Verdampfung der innerhalb des Raumes zwischen den Mündungen der 'beiden
Rohre befindlichen Wassermenge, also innerhalb verhältnismäßig größerer Perioden
in Tätigkeit gesetzt wird, eine äußerst geringe Beanspruchung der beweglichen Teile
des Reglers gegenüber solchen Einrichtungen, bei denen die Unter- bzw. L"berschreitung
nicht eines Wasserraumes, sondern einer Wasserlinie die Auslösung der Steuerorgane
herbeiführt, die infolgedessen in unruhigem Wechsel erfolgt, der zu rascher Abnutzung
und zu unwirtschaftlichem Dampfverbrauch führt.
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Die Abnutzung der bewegten Teile dieses Reglers bleibt daher, zumal
die Bewegungen langsam und stoßfrei erfolgen, auf ein praktisch zu vernachlässigendes
Maß beschränkt. so daß die Zuverlässigkeit des Reglers auch für die Dauer gewährleistet
ist.
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Der Speiseregler kann, wie aus dem nachstehend 'beschriebenen Ausführungsbeispiel
ersichtlich, in vorteilhafter Weise mit einer zur Steuerung der Dampfzuführung zur
Speisevorrichtung dienenden Hilfsdampfleitung versehen werden, die vom Regler bei
Unter-bzw. L; berschreitung des vorgesehenen Kesselwasserstandes geöffnet oder geschlossen
wird. Die Steuerung einer derartigen, nur einen schwachen Dampfzufluß benötigenden
Hilfsdampfleitung für die Ein- und Ausschaltung der Speisevorrichtung führt zu dem
Vorteil, daß der Regler nur mit einer unbedeutenden Arbeitsleistung belastet ist.
Infolgedessen ist es angängig, unter Wahrung der vollen Betriebssicherheit die Druckflächen
und damit die Abmessungen der ganzen Vorrichtung sehr klein zu halten und ebenso
mit einer geringen Höhe der die Druckdifferenz bedingenden Wassersäule und damit
der Standrohre auszukommen. Der durch den Betrieb des Reglers (durch Kondensation
i entstehende Dampfverlust wird durch diese geringen Abmessungen auf ein unerhebliches
Maß herabgedrückt. .
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Die nur erforderliche geringe Höhe des Standrohres 'beseitigt außerdem
die in vielen Fällen bestehende Schwierigkeit, die Vorrichtung in größerer Höhe
über dem Dampfkessel anzuordnen.
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Die mit dem Regler nur durch das Hilfsdampfrohr zu verbindende Steuervorrichtung
für die Speisepumpe kann örtlich getrennt von dem Regler an der von Fall zu Fall
geeigneten Stelle angeordnet werden.
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Die in der Hilfsdampfleitung periodisch entstehende Kondensation bzw.
der dadurch bedingte Unterdruck gewähren gleichzeitig die Voraussetzung für die
Bauart eines sehr einfachen und sicher wirkenden Dampfwassera'bscheiders.
Um
den störenden Einfluß, den die Siedewallungen des Kesselwassers auf die Wirkung
des Speisereglers ausüben, zu vermeiden und zugleich die Schwierigkeiten seiner
Verbindung mit dem Kessel bei nachträglicher Anbringung zu umgehen, werden die Standrohre
nicht in den Kessel selbst, sondern in ein mit diesem kommunizierendes, zwischen
Kessel und Wasserstandszeiger angeordnetes besonderes Hilfsgefäß eingeführt, das
an Stelle des Wasserstandszeigers mit den Abschlußstutzen des letzteren verbunden
und seinerseits mit Anschlußstutzen für den Wasserstandszeiger versehen ist.
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Hierdurch wird nicht nur eine außerordentliche Vereinfachung der Montierung
und eine gesicherte Verbindung des Speisereglers mit dem Kessel erzielt, sondern
auch die Fabrikation der gesamten Vorrichtung wesentlich erleichtert, da infolge
des Umstandes, daß hinsichtlich der Anbringung derselben besondere Raum- und Platzverhältnisse
nicht mehr zu berücksichtigen sind, die notwendigen Voraussetzurigen für eine typisierte
und daher billige Herstellung gegeben sind.
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Den Beeinflussungen durch die Siedewalsungen des Kesselwassers wird
der Speiseregler dadurch- entzogen, daß das von den Kesselheizflächen aufsteigende
'heiße Wasser nicht unmittelbar in das Hilfsgefäß gelangt, sondern durch eine krümmerartige
Ausbildung des unteren Teiles des Hilfsgefäßes zunächst nach abwärts geführt wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
und zwar zeigen Abb.l und 2 die Gesamtvorrichtung in Seitenansicht, zum Teil im
Schnitt, Abb.3 Querschnitt des Reglers nach Linie Ä-B in Verbindung mit dem Dampfkessel.
Zwischen Kessel s und Wasserstandsanzeiger 2 ist unter Benutzung der Anschlußstutzen
des letzteren ein mit dem Kessel kommunizierendes Zwischengefäß 3 angeordnet. Das
in dieses Gefäß eintretende Kesselwasser wird durch die Scheidewand 31 zunächst
mach abwärts geführt, so daß das von den Heizflächen aufsteigende heiße Wasser nicht
in das Zwischengefäß übertreten kann. Das Wasser in diesem bleibt infolgedessen
stets kühler als das Kesselwasser und unterliegt auch nicht den Wallungen des siedenden
Kesselwassers.
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Aus dem Zwischengefäß 3 steigere drei Rohre auf, und zwar die beiden
in verschiedener Höhe (Linie a-b und c-d) in das Wasser eintauchenden Standrohre
q. und 5 und das nur in den Dampfraum reichende, daher stets vom Kesseldampf erfüllte
Rohr B.
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Die Standrohre ¢ und 5 münden in je eine mit Membranen 1o und 11 abgeschlossene
Druckkammer 6 und 7. Das Dampfrohr 8 mündet in den zwischen den beiden Membranen
befindlichen abgeschlossenen Raum 9, so daß die Membranen von dieser Seite stets
unter dem vollen Kesseldruck stehen. Von der Membran 1o der mit dem kürzeren Standrohr
q. in Verbindung stehenden Druckkammer 6 wird das mit der Gegenfeder 13 versehene
einfache Ventil 12 gesteuert, das die Ventilkammer 1 4. abschließt. Von dieser Ventilkammer
führt eine Rohrverbindung 15, 151, 152 nach der Ventilkammer 16, die durch das mit
Gegenfeder 17 versehene Doppelsitzventil 18 abgeschlossen wird. Dieses Ventil 18
wird durch die Membran 11 gesteuert. Von der Rohrverbindung 151 führt eine
Dampfleitung 19 nach der in Abb. 2 dargestellten Steuervorrichtung für das Dampfventil,
und zwar mündet es hier in eine durch den unter Wirkung der Feder 21 stehenden Kolben
22 abgeschlossene Kammer 2o. Auf der anderen Seite des Kolbens befindet sich der
Dampfraum 2¢, der durch das Dampfrohr 23 ständig mit Dampf erfüllt ist, so daß der
Kolben von dieser Seite stets unter Kesseldruck steht. Hierbei hält der Kolben,
solange sich in der Kammer 2o kein Dampf befindet, das auf der Kolbenstange 25 sitzende
Doppelsitzventi126 geschlossen, wobei dieses das Eindringen des Dampfes in den Raum
27 und damit in die anschließende Speisedampfleitung 28 verhindert. An der Kammer
20 ist eine Einrichtung vorgesehen, um den Abfluß des Dampfwassers zu ermöglichen.
Diese Einrichtung besteht aus einem Ventil 31, das durch eine Feder 32 in der Offenstellung
gehalten wird, solange in der Kammer 2o kein Dampfdruck herrscht. Das in der Kammer
20 sich sammelnde Dampfwasser kann hierbei durch das Abflußrohr 33 abfließen.
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An die Dampfspeiseleitung 27, 28 ist eine Rohrleitung 29 mit Membrankapsel
3o angeschlossen, in. die der dieser Speiseleitung während jeder Speiseperiode zugeführte
Dampf ebenfalls eintritt und mittels der durch den Dampfdruck bewegten federbelasteten
Membran ein Zeigerschaltwerk l( bewegt, das somit die Anzahl der Speiseperioden
und damit die geförderte Wassermenge bzw. den Dampfverbrauch registriert. .
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Zur leichteren Höheneinstellung des Reglers S ist dieser an einer
Haltestange 3¢ befestigt, deren Länge den gegebenen Verhältnissen angepaßt werden
und mittels der Platte 35 an der Decke des Kesselhauses o. dgl. befestigt werden
kann.
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Die Wirkungsweise des Speisereglers ist folgende: Die Wasserstandslinien
a-b und c-d (Abb.3) bezeichnen die durch die Mündungen der
beiden
Standrohre bestimmten Grenzen des Speiseraumes. Bei normalem Wasserstand (Linie
a-b) ist die Mündung sowohl des Standrohres 5 wie auch die Mündung des Standrohres
:1 durch das Wasser vom Dampfraum abgeschlossen. Hierbei wird durch den Kesseldruck
in beiden Rohren das Wasser emporgedrückt. Um den Druckbetrag, den die Hebung dieser
Wassersäule erfordert, vermindert sich der Kesseldruck in den beiden Rohren bzw.
in den anschließenden Druckkammern 6 und 7. Die diese Druckkammern abschließenden
Membranen i o und i i stehen auf der anderen Seite unter dem vollen Druck des Kesseldampfes,
der durch das Rohr 8 in den Zwischenraum 9 eintritt. Der hiernach von dieser Seite
auf den Membranen lastende höhere Druck bewirkt, daß die Membranen die Ventile 12
bzw. i 8 gegen die Wirkung der Federn 13 bzw. 17 auf ihren Sitz gedrückt halten.
Hierbei werden durch die Ventile die Ventilkammern 1.4 bzw. 16 und damit die Rohrverbindung
15, 151, 152 bzw. die von dieser nach der Speisedampfventilsteuervorrichtung P (Abb.2)
führende Dampfleitung i9 abgeschlossen gehalten.
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Sinkt der Wasserspiegel, so wird zunächst die '.Mündung des Rohres
.1 freigelegt. Infolgedessen fließt die in diesem Rohr befindliche Wassersäule heraus,
und das Rohr bzw. die Druckkammer 6 wird von dem Kesseldampf erfüllt. Der bisher
vom Zwischenraum 9 auf der Membran i o lastende L berdruck kommt hierdurch in Fortfall;
die Membran steht jetzt auf beiden Seiten unter dem vollen Kesseldruck und übt ihrerseits
nunmehr auf das Ventil 12 keinen Druck mehr aus. Eine Öffnung des Ventils 12 durch
die Feder 13 kann jedoch noch nicht erfolgen, weil auf dem Ventil der Kesseldampfdruck
gegenüber dem in der Ventilkammer 14 nur bestehenden atmosphärischen Druck lastet.
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Durch die Anwendung eines derartigen belasteten Ventils gegenüber
dem nachstehend erwähnten unbelasteten Ventil i 8 wird also erreicht, daß, wie es
dem Zwecke der Erfindung entspricht, bei Herabsinken des Wasserspiegels unter die
Mündung des Standrohres 4 der Dampfzutritt zur Speisevorrichtung noch nicht freigegeben,
d. h. die Speisevorrichtung (Pampe, Injektor o. dgl.) noch nicht in Tätigkeit gesetzt
wird, sondern daß dies erst (vgl. die nachstehenden Ausführungen) nach weiterem
Sinken des Wasserspiegels bis unter die Mündung des Standrohres 5 geschieht.
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Bei weiterem Sinken des Wasserstandes unter die Linie c-d wird auch
die Mündung des Rohres 5 freigelegt und durch den gleichen Vorgang der bisherige
linksseitige i`berdruck auf die Membran i i und damit der Druck dieser :Membran
auf das Ventil i8 aufgehoben. Dies hat die Öffnung des entlasteten Ventils i 8 durch
die Feder 17 zur Folge. Aus der Druckkammer 7 tritt nunmehr der Kesseldampf durch
die Ventilkammer 16, die Rohrverbindung 15, 151, 152, auch in die Ventilkammer 14,
so -daß auch in dieser jetzt der volle Kesseldruck hergestellt und -auch das bisher,
wie ausgeführt, durch den Unterdruck in der Ventilkammer 14 noch geschlossen gehaltene
Ventil 12 durch die Feder 13 geöffnet wird, das nun dem Kesseldampf aus dem Standrohr
q. Durchgang gewährt. Der jetzt von beiden Seiten in die Rohrverbindung 15, 151,
152 eintretende Dampf gelangt nun durch die anschließende Rohrleitung 19 in die
Kammer 2o der Speisedampfventilvorrichtung P (Abb. 2), die bisher durch das sich
dabei schließende Dampfwasserventil 31 mit der freien Luft in Verbindung stand.
Hierdurch wird für den die Kammer 2o schließenden Kolben 22, der auf der anderen
Seite unter dem Druck des den Dampfraum 24 ständig erfüllenden Kesseldampfes steht,
Druckausgleich herbeigeführt, was zur Folge .hat, daß der Kolben von der Feder 21
nach rechts bewegt wird und dabei das auf der Kolbenstange 25 sitzende entlastete
Ventil 26 öffnet. Dieses läßt nunmehr den Kesseldampf aus der Leitung 23 in die
an die Ventilkammer 27 angeschlossene, zur Speisepumpe führende Dampfleitung 28
überströmen, wodurch die Speisepumpe in Betrieb gesetzt wird.
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Bei der nun erfolgenden Kesselspeisung wird zunächst die Mündung des
Standrohres 5, die vorher nur gerade freigelegt worden war, wieder unter Wasser
gesetzt, jedoch hat dies noch nicht zur Folge, daß in dem Standrohr 5 eine Wassersäule
emporgetrieben und dadurch der Druck in der Druckkammer 7 vermindert wird, da dieses
Standrohr durch die Rohrverbindung 15, 151, 152 und das Ventil 12 noch in offener
Verbindung mit der Druckkammer 6 bzw. dem Standrohr ,1 steht und infolgedessen wie
das letztere vom Kesseldampf erfüllt bleibt. Die Speisung wird daher fortgesetzt,
bis der Wasserstand auch die Mündung des Standrohres erreicht bzw. vom Dampfraum
abschließt. Sobald dies eintritt, steigt in beiden Standrohren das Wasser mit der
Wirkung empor, daß in den Druckkammern 6 und 7 wieder die bekannte Druckverminderung
entsteht, die vermöge des dann auf die Membranen i o und i i wirkenden Lberdrucks
die Schließung der Ventile 12 und i 8 und damit die Absperrung des Dampfzutritts
zur Leitung i9 herbeiführt. Da_-uh die hierauf in der Rohrleitung i9 und in der
Kammer 2o der Speisedampfventilvorrichtung P einsetzende Kondensation des noch
darin
befindlichen Dampfes entsteht in der Kammer 2o Unterdruck, was zur Folge hat, daß
der auf der rechten Seite des Kolbens 22 herrschende Kesseldruck den Kolben in seine
ursprüngliche Stellung zurücktreibt, wobei dieser das Dampfventil 26 zur Speisepumpe
wieder schließt und damit die Speisung beendet.
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Die auf den Kolben 22 wirkende Feder z i kann auch durch ein anderes
in gleichem Sinne wirkendes Mittel ersetzt werden, z. B. durch Gewicht oder durch
Anwendung eines Kolbens mit beiderseitig verschieden großer Druckfläche usw.
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über die Wirkungsweise der Wasser- bzw. Dampfverbrauchskontrollvorrichtung
I< ist Näheres bereits gesagt. Bemerkt sei dazu noch, daß das Zeigerschaltwerk
statt durch den bei jeder Speisung auftretenden Dampfdruck auch zwangläufg von einem
der bei Eintritt der Speiseperiode bewegten Organe aus bewegt werden kann. Indessen
ziehen die Erfinder das erstere Verfahren vor, weil dabei die Anbringung der Kontrollvorrichtung
an beliebigem, durch Dampfleitung erreichbarem Platz angängig ist.
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Die bei jeder Speiseperiode in den Kessel geförderte und als Einheit
pro Speiseperiode von der Kontrollvorrichtung registrierte Wassermenge ist, wie
bereits ausgeführt, durch den Höhenabstand der Mündungen der beiden Standrohre ¢
und 5 bedingt. Um die Fördermenge einer Speisung den gegebenen Verhältnissen ohne
weiteres anpassen zu können, empfiehlt es sich, den Mündungsabstand einstellbar
zu gestalten, was z. B. durch verstellbare überrohre geschehen kann.
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Die Erfindung setzt nicht unbedingt voraus, daß, wie es bei dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel der Fall ist, für die Speisedampfleitung eine besondere Ventilsteuervorrichtung
angeordnet ist. Die unmittelbare Benutzung der durch den Differenzdruck bewegten
Reglerventile zur . Steuerung des Speisedampfes ist jedoch aus Gründen der Betriebssicherheit
und der zweckmäßigen Anordnung nicht so vorteilhaft wie die beschriebene mittelbare
Steuerung des Speisedampfes mit Hilfe eines besonderen Ventils.
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Soll die Vorrichtung statt als selbsttätiger Speiseregler lediglich
als Speiserufer dienen, so genügt es, die Dampfleitung ig mit einer geeigneten Alarmvorrichtung,
z. B. einer Dampfpfeife, zu verbinden.