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Einrichtung zur Regelung der Speisung von Dampfkesseln Die Erfindung
bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung der Speisung von Dampfkesseln unter
Verwendung von Regelgliedern, die unter dem Einfluß des hydraulischen Druckunterschiedes
zweier Wassersäulen stehen. Gemäß der Erfindung wirkt die eine Wassersäule, welche
stets gleichbleibende Höhe hat, auf die eine Seite, und die andere Wassersäule,
welche ständig mit dem Wasserstand im Kessel ihre Höhe ändert, auf die andere Seite
einer Membran ein, durch deren Bewegung bei Erreichung eines bestimmten Wasserstandes
im Kessel mittelbar oder unmittelbar die Kesselspeisung durch Öffnen des Speiseventils
eingeleitet wird. An sich ist es bei Wasserstandsanzeigern bekannt, zwei Wassersäulen
zu verwenden, von denen die eine eine gleichbleibende Höhe besitzt, die andere mit
dem Wasserstand im Kessel ständig ihre Höhe ändert. Demgegenüber besteht das Neue
darin, daß die Wassersäule von gleichbleibender Höhe und die Wassersäule von veränderlicher
Höhe eine Membran beeinflussen und durch deren Bewegung die Kesselspeisung überwacht
wird. Das Fortschrittliche ist also darin zu sehen, daß diese Wassersäulen durch
ihr Zusammenwirken mit der die Kesselspeisung beeinflussenden Membran für die Zwecke
der Wasserstandsregelung nutzbar gemacht werden und so ihr Anwendungsbereich erweitert
wird. In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen des Gegenstandes der
Erfindung veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. i in schematischer Weise eine Ausführungsform,
; bei welcher das Speiseventil dadurch betätigt wird, daß durch ein Sicherheitsventil
bei Überschreitung eines bestimmten Dampfdruckes im Kessel Dampf zum Regelorgan
des Speiseventils überströmt. Die Abb.2 zeigt , eine ähnliche Regleranordnung wie
Abb. i, jedoch mit einem anderen Regelorgan für das -Speiseventil. In Abb.3 ist
eine Ausführungsform mit zwei Speiseventilen dargestellt, von welchen das eine wie
bei den Abb. i und 2 beeinflußt wird, während das andere durch hydraulische Druckdifferenz
gesteuert wird. Abb. q. stellt schließlich eine Ausführungsform dar, bei welcher
die Steuerung ebenfalls durch hydraulische Druckhöhendifferenz, jedoch unter Verwendung
eines Relais erfolgt. In allen diesen Abbildungen sind die in Betracht kommenden
Absperr- bzw. Regelorgane samt den zugehörigen Leitungen im Schnitt dargestellt.
, An erster Stelle sei die in Abb. i' dargestellte Ausführungsform beschrieben.
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i ist das Speisewasserregelventil (Speiseventil) des Dampfkessels.
Dieses Ventil ist zweckmäßig, wie die Zeichnung zeigt; als i Doppelsitz- oder Doppelgleitventil
ausgebildet. 2 ist die Ventilspindel, die aus dem Gehäuse
3 herausragt
und eine Membran 4 trägt, die im Membrangehäuse 5 eingespannt ist. An ihrem freien
Ende ist die Ventilspindel :2 außerdem mit einem gewichtsbelasteten Hebel 6 verbunden,
der vorteilhaft über einer Skala 7 spielt. An das Membranengehäuse;5 kann ein Manometer
8 angeschlossen sein. Das Membranengehäuse steht in Verbindung mit einer Leitung
9, die vom Sicherheitsventil io abzweigt, das an der Kesselwand i i angeordnet ist.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Sicherheitsventil gewichtsbelastet,
und es ist an dem Druckstift 13 des Gewichtshebels ein Anschlag i2 angebracht, der
den Hub des Sicherheitsventils begrenzt und zweckmäßig auf dem Stift einstellbar
ist. Vorteilhaft ist im Gehäuse des Sicherheitsventils eine Drosselschraube 14 angeordnet,
und es kann auch überdies in der Leitung 9 ein gewichtsbelastetes Sicherheitsventil
15 angebracht sein. Bei der dargestellten Gesamtausführung der Regeleinrichtung
ist in die Leitung 9, die zum Steuerorgan des Speiseventils führt und die für das
frei werdende Druckmittel dient, ein Regelorgan 16 eingebaut, das bei der dargestellten
Ausführungsform aus einem Doppelsitzventil besteht, dessen Ventilspindel
17 einerseits gewichtsbelastet ist und anderseits mit der Membran 18 verbunden
ist, die im Membranengehäuse i9 eingespannt ist. Die beiden Druckseiten der Membran
stehen nun, wie die Abb. i zeigt, einerseits durch die Leitung 2o, anderseits durch
die Leitung 21 mit zwei Wasserbehältern in Verbindung. Der eine dieser Wasserbehälter,
der mit 22 bezeichnet ist, kann der Dampfkessel sein, dessen Speisewasserzufuhr
zu regeln ist, oder es kann dies ein gesonderter Behälter sein, der mit dem Wasserraum
des Dampfkessels in Verbin; dung steht. In dem Behälter a2 ist daher der Wasserstand
veränderlich. Der zweite Wasserbehälter 23 hingegen weist konstanten Wasserstand
auf, und zwar beispielsweise dadurch, daß er bis zum Verbindungsrohr 24 von Haus
aus gefüllt ist und durch sich über dieser Wasserfläche kondensierenden Dampf stets
bis zu der angegebenen Höhe (Überfallkante) gefüllt bleibt.
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Wie die weitere Beschreibung darlegt, ist ein Ansteigen der Wassersäule
im Behälter 22 über die Überfallkante ausgeschlossen. Vorteilhaft ist an die Leitung
9 überdies ein Abzweigstutzen 25 mit einem einstellbaren Drosselorgan 26 angeschlossen.
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Die Wirkungsweise dieser 'm, Abb. i darggestellten Regeleinrichtung
ist die folgende: Wenn der Dampfdruck im Dampfkessel das Maß übersteigt, für welches
das Sicherheitsventil io eingestellt ist, so wird dieses Ventil gehoben, und es
strömt aus dem Dampfkessel Dampf in das Ventilgehäuse und von dort einerseits in
die Leitung 9 und anderseits zur Drosselschraube 14 und zum Sicherheitsventil 15-.
Der Dampf strömt durch die Leitung 9 und gelangt bei offenem Regelorgan 16 in das
Membranengehäuse5, wo dieser Dampf auf die Membran zur Wirkung gelangt, die Schließkraft
des Gewichtshebels 6 überwindet und das Speiseventil i eröffnet. Es strömt also
Speisewasser in den Dampfkessel. Damit nun der Dampfdruck in der Leitung 9 und damit
über der Membran 4 nicht eine bestimmte Höhe überschreiten kann, ist die erwähnte
Drosselschraube 14 angebracht, über welche ein Teil des Dampfes aus dem Ventilgehäuse
ins Freie abströmen kann. Genügt diese Abströmung zeitweilig nicht, so bläst bei
Überschreitung des gewählten und am Gewichtshebel des Sicherheitsventils eingestellten
Druckes dieses Sicherheitsventil ins Freie ab.
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Es ist also ersichtlich, daß dieser Teil der in Abb. i dargestellten
Regeleinrichtung bereits derart selbsttätig wirkt, daß bei Entstehung von Überdruck
im Dampfkessel das Speiseventil geöffnet wird. Die Regeleinrichtung in Abb. i ist
aber überdies mit dem Regelorgan 16 ausgerüstet, welches in folgender Weise arbeitet:
Es sei 22 der Dampfkessel selbst. Wenn, wie in Abb. i dargestellt, der Wasserstand
im Kessel 22, gleiche Höhe hat wie die konstante hydraulische Druckhöhe im Gefäß
23, so heben sich die beiden Drücke auf die Membran auf und das Doppelsitzventil
16 bleibt daher infolge der Gewichtsbelastung geschlossen. Wenn jedoch der Wasserstand
im Behälter (Dampfkessel) 22 sinkt, so überwiegt die konstante hydraulische Druckhöhe,
und es wird daher die Membran 18 nach oben durchgebogen und damit das Doppelsitzventil16
eröffnet. Wie sich aus dieser Wirkungsweise der Gesamteinrichtung ergibt, arbeitet
daher dieselbe auf Aufrechterhaltung eines gewählten Wasserstandes im Behälter22,
und zwar in Abhängigkeit von dem im Dampfkessel herrschenden Dampfdruck. Ist der
Dampfdruck im Kessel kleiner als der gewählte maximale Dampfdruck, auf welchen das
Sicherheitsventil. io eingestellt ist, so erfolgt überhaupt keine Speisung in den
Dampfkessel. Wird dieser Maximaldampfdruck im Kessel überschritten, so erfolgt Speisung
nur dann, wenn der Wasserstand im Behälter 2z unter den gewählten maximalen Wasserstand
gesunken ist. Die Drosselvorrichtung 26 hat den Zweck, den im Membranengehäuse5
etwa befindlichen Dampf abblasen zu lassen, wenn das Doppelsitzventil16 geschlossen
ist. Überdies dient dieses Organ auch zur Abführung von Kondensaten. -
Bei
der in Abb. 2 dargestellten Gesamtanordnung ist an Stelle des als Membran ausgebildeten
Regelorgans ¢ der Abb. i ein anderes Regelorgan für das Speiseventil dargestellt.
Dieses Regelorgan besteht aus einem Gehäuse 29, welches zwei Zylinder 34, 35 aufweist,
die miteinander durch das Rohr 30 verbunden sind, so daß die beiden Zylinder kommunizieren.
Im Zylinder 34 ist der Schwimmer 27 und im Zylinder 35 der Schwimmer 28 angeordnet.
Die beiden Schwimmer sind durch eine Kette o. dgl. 31 miteinander verbunden, die
über ein Kettenrad 32 läuft, dessen Achse 33 das Speiseventil i betätigt, welches
als Schraubenventil ausgebildet sein kann. Die Wirkungsweise der in Abb.2 dargestellten
Regeleinrichtung ist die gleiche wie diejenige der-Abb. i. Wenn Dampf aus der Leitung
g in den Zylinder 34 einströmt, so wird das Wasser in diesem Zylinder hinabgedrückt
und steigt im Zylinder 35, dadurch werden die beiden Schwimmer entsprechend bewegt:
es sinkt der Schwimmer 2;, und es steigt im angeführten Beispiel der Schwimmer 28.
Bei Verschiebung der Schwimmer erfolgt eine Verdrehung des Kettenrades 32 und somit
die entsprechende Verstellung des Speiseventils 1.
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In der Abb.3 ist eine weitere Ausführungsform der ganzen Regeleinrichtung
dargestellt. Bei dieser Ausführungsform gelangen zwei Speiseventile zur Verwendung,
welche der Einfachheit halber in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Das
eine der beiden Speiseventile mit der Ventilspindel 2 wird in gleicher Weise vom
Überdruck im Dampfkessel gesteuert, wie dies bei den Ausführungsformen in den Abb.
i und 2 dargestellt und beschrieben wurde. Das zweite Speiseventil mit der Ventilspindel
2' wird gesteuert durch die Differenz der hydraulischen Druckhöhen in dem Gefäß
23 bzw. im Behälter 22, der der Dampfkessel selbst sein kann oder ein Behälter,
der mit dem Wasserraume des Dampfkessels in Verbindung steht. Dieses Steuerorgan
des Speiseventils 2' besteht aus einer Membran 4.', deren einer Druckraum mit dem
Behälter 23 und deren anderer Druckraum mit dem Behälter 22 verbunden ist, wie dies
die Zeichnung deutlich zeigt. Die Membran 4' steht unter Gewichtsbelastung durch
Vermittlung des Gewichtshebels 6', so daß bei gleichen hydraulischen Druckhöhen
in den Behältern 22 und 23 das Speiseventil e' durch die Gewichtsbelastung geschlossen
gehalten wird. Mit den beiden Behältern 22 und 23 ist nun ein zweites Regelorgan
verbunden, und zwar entweder direkt oder über die betreffenden Druckräume der Membran
4'. Dieses zweite Regelorgan besteht ebenfalls aus einer Membran 18', die im Gehäuse
i9' angeordnet ist. Die Membran ist mit dem Druckstift 17' verbunden, der gewichtsbelastet
ist. Dieser Druckstift wirkt auf den Gewichtshebel 36 des Sicherheitsventils io
ein. Die Wirkungsweise dieser Gesamtregeleinriehtung ist die folgende: Die Arbeitsweise
des Sicherheitsventils io und der mit der Leitung 9 hiermit verbundenen Membran
4 ist dieselbe, wie dies bereits im Zusammenhang mit der Abb. i beschrieben wurde.
-Der übrige Teil der Regeleinrichtung arbeitet in der folgenden Weise: Wenn die
hydraulischen Druckhöhen in den beiden Gefäßen 23 und 22 gleich sind, wie es in
der Abb. 3 angedeutet ist, so ist der Druck in den beiden Druckräumen der Membranen
4' und 18' der gleiche, und es werden daher beide Membranen durch die Gewichtshebel
nach abwärts durchgebogen, so daß. sowohl das Speiseventil 2' wie auch das Sicherheitsventil.
io geschlossen gehalten werden. Sinkt aber der Wasserstand im Behälter 22, so sinkt
dementsprechend auch der Druck in den Räumen oberhalb der beiden Membranen, der
Druck infolge der konstanten hydraulischen Druckhöhe, der von unten auf die beiden
Membranen ausgeübt wird, überwiegt, und es stellt sich ein Gleichgewichtszustand
zwischen dieser Druckdifferenz und der Gewichtshebelbelastung ein, d. h. es wird
im entsprechenden Maße das Speiseventil 2' geöffnet und das Sicherheitsventil io
freigegeben. Es wird dann also in den Kessel durch das Speiseventil 2' gespeist
und überdies, wenn Überdruck im Kessel vorhanden ist, auch das Speiseventil e betätigt.
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Die Abb. 4 zeigt nun eine Ausführungsform einer Regeleinrichtung,
bei welcher ein Relais eingeschaltet ist. Hier wird das Speiseventil i des Kessels
in gleicher Weise durch die hydraulische Druckhöhendifferenz betätigt, wie dies
bei der Abb.3 bezüglich des oberen Speiseventils 2' der Fall ist. Die Membran 4'
steht nämlich einerseits unter dem hydraulischen Druck des Wasserstandes im Behälter
22, anderseits unter dem hydraulischen Druck des Wasserstandes im Gefäß 23. Nun
ist in die Leitung 21, die zwischen dem unteren Druckraum- der Membran 4 und dem
Gefäß 23 die Verbindung herstellt, ein zweites Ventil e" eingebaut, welches mit
der Membran 4" verbunden ist und unter Wirkung des Gewichtshebels 6" steht. Der
obere Druckraum der- Membran 4" ist nun mittels der Leitung 2o mit dem Behälter
22 verbunden, während der untere Druckraum der Membran-4" durch das Rohr 21' mit
dem Gefäß 23' verbunden ist. Das Gefäß 23' ist wesentlich tiefer angeordnet als
das Gefäß 23. überdies ist für -das große Speiseventil e der Behälter für die konstante
hydraulische
Druckhöhe' ziemlich hoch zu legen, w=eih die,@VTass_¢ri_ dieses Ventils, der Membran
und der zugehörigen Gewichtsbelastung ziemlich erhebliche sind. Eine solche Regeleinrichtung
würde nun bei kleinen Druckschwankungen im Behälter 22 nicht empfindlich genug sein.
Das Relaisventil e" hingegen ist ein leichtes Ventil, das auf kleine Druckschwankungen
ansprechen kann. Für dieses Relaisventil empfiehlt es sich, den Behälter 23' für
die konstante Wassersäule tiefer zu legen als den Behälter 23, damit nicht die Verwendung
eines zu großen Ausgleichsgewichtes notwendig wird, wodurch wieder die Masse dieses
Relaisventils vergrößert würde. Wenn beispielsweise das Speiseventil z geschlossen
ist, und es sinkt sodann der Wasserstand im Behälter 22 auch nur in sehr geringem
Maße, so wird dieses Absinken des Wasserstandes genügend sein, um das Relaisventile"
zu betätigen. DiesesRelaisventil öffnet sich, und es gelangt dadurch die hohe Drucksäule
des Behälters 23 auf die Membran 4 zur Wirkung, so daß auch das Speiseventil e sicher
und rasch in Wirkung tritt, trotzdem die die Regelung auslösende Wassersäulenveränderung
nur sehr gering war. Zweckmäßig sind die beiden Druckräume der Membran .4 bei der
Ausführungsform der Abb. 4 durch die Umgehungsleitung 45 miteinander verbunden,
in welcher ein Drosselorgan 46 angeordnet ist. Durch die Umgehungsleitung wird erreicht,
daß die Membran nicht dauernd unter dem Druck der Wassersäule des Gefäßes 23 steht.
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Es ist ohne weiteres klar, daß die im Prinzip hier beispielsweise
angeführten Anordnungen und Verbindungen von Schalteinrichtungen verschiedentlich
verändert werden können; es können andere Verbindungen zur Anwendung gelangen zu
den verschiedensten Zwecken. Es können auch natürlich an Stelle der dargestellten
Regelorgane selbst andere Ausbildungen solcher Regelorgane, wie sie gebräuchlich
und bekannt sind, Verwendung finden. Die Ventile der Regelorgane, welche in den
Zeichnungen als Doppelsitzventile dargestellt sind, z. B. 16, können natürlich einsitzig
ausgeführt werden, die Belastungen der Gewichtshebel können an Stelle von Gewichten
durch Federn hergestellt werden, statt Schwimmer 27, 28 (Abb. 2) können Kolben ohne
oder mit Gegengewicht verwendet werden, die Übertragung der Bewegung der Schwimmer
oder Kolben 27, 28 auf die Spindel 33 kann dazu benutzt werden, um mehrere Ventile
gleichzeitig zu betätigen, die im gleichen Sinne wirken, d. h. alle gleichzeitig
schließen oder öffnen oder auch abwechselnd arbeiten. Die hier angeführten Regelorgane
arbeiten mit größter Empfindlichkeit, so daß die Nachteile -der bisher bekannten
Einrichtungen solcher Art sicher vermieden sind.