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Regelung der Speisung von Flüssigkeitserhitzern mit Zwangsumlauf des
Arbeitsmittels Für die folgenden Ausführungen sei zunächst das sogenannte Grenzdampfverfahren
zugrunde gelegt, d. h. ein Verfahren, bei dem flüssiges Arbeitsmittel bei etwa kritischem
Druck zwangsläufig durch ein beheiztes Rohrsystem hindurchgedrückt und in ihm bis
über die kritische Temperatur erhitzt wird. Der auf diese Weise gewissermaßen durch
einen Grenzübergang erzeugte Dampf wird den Verbrauchern über ein Drosselventil
zugeführt.
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Das Rohrsystem des Erhitzers, in dem der Übergang des Arbeitsmittels
aus dem flüssigen in den dampfförmigen Zustand stattfindet, besitzt keine Speicherfähigkeit.
Es ist infolgedessen unmöglich, Änderungen im Dampfbedarf der an den Kessel angeschlossenen
Dampfverbraucher aus dem Inhalt des Kessels selbst auszugleichen. Vielmehr muß zur
Deckung des Dampfbedarfs eine Regelung der den Kessel zwangsläufig durchströmenden
Flüssigkeitsmenge vorgenommen werden. Nun besteht aber bei einem derartigen Dampferzeuger
mit Zwangsumlauf des Arbeitsmittels im Gegensatz zum normalen Kessel keine eindeutige
Beziehung zwischen Druck und Temperatur. Infolgedessen genügt die Einregelung der
Speisewassermenge nicht, sondern sie muß durch eine Regelung der Wärmezufuhr, die
auch die Zugregelung in sich schließt, ergänzt werden. Dazu kommt, daß man auch
den Druck des erzeugten Dampfes auf irgendeine Weise gleichbleibend halten muß.
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Infolge der vielen unabhängigen Größen, die eine solche Kesselregelung
an sich erfordern würde, muß man nach Mitteln suchen, wie man aus der Zahl der unabhängigen
Größen einige ausscheiden kann. Das läßt sich erreichen, wenn man zunächst einmal
den Druck im Kessel durch ein besonderes Regelglied gleichbleibend hält, am einfachsten
durch ein Überströmventil. Da eine Regelung der Wärmezufuhr zum Kessel durch einen
Wärmeeinfluß, der der Regelung der Flußmenge nachgeschaltet wird, zu träge ist,
so ist es zweckmäßig, Flußmenge und Wärmezufuhr gleichzeitig bei Belastungsänderungen
zu verändern und durch Nachregelung eine Übereinstimmung zwischen Dampfbedarf, Dampfmenge
und Dampftemperatur zu schaffen.
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Die Regelung der FluBmenge, entsprechend dem Dampfbedarf, die sich
bei der Verwendung von Kolbenpumpen als Speisepumpen in verhältnismäßig einfacher
Weise durchführen läßt, stößt auf beträchtliche Schwierigkeiten, wenn man zur Verwendung
von Kreiselpumpen als Speisepumpen übergeht. jeder Belastungsänderung und jeder
Änderung im
Wärmezustand des Arbeitsmittels folgt eine Änderung
der Verlusthöhe im Wärmezustand des Arbeitsmittels im Rohrsystem. Daraus ergibt
sich aber infolge der Kennlinie einer Kreiselpumpe sofort eine Änderung der Fördermenge,
die um so stärker ist, je flacher die Kennlinie innerhalb des Regelbereiches verläuft.
Mit derart schwankenden Fördermengen der Kreiselpumpe kann man nicht oder nur schwer
arbeiten.
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Der bekannte Vorschlag, durch einen umlaufenden Verteiler, der jeweils
eines der Parallelrohre des Dampferzeugers mit der Speisepumpe in Verbindung bringt,
eine Änderung der Fördermenge zu bewirken, erreicht eine Änderung nur - in unbestimmten
Grenzen, denn eine Erhöhung der Drehzahl führt zu einer Verkürzung der Zeit, in
welcher eine Verbindung zwischen Pumpe und Kesselrohr hergestellt wird, so daß sich
die beiden Veränderungen bis auf einen Betrag, der sich aus der Beschleunigung der
Flüssigkeit ergibt, ausgleichen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Regelung unter Verwendung vonKreiselpumpen
so auszugestalten, daß man bei Änderungen der vom Erhitzer angeforderten Flüssigkeitsmenge
unerwünschte Änderungen in der Fördermenge nicht oder nur innerhalb kleinster Schwankungsbereiche
erhält. Die Lösung dieser Aufgabe bringt dabei noch den Vorteil, daß man auch Kreiselpumpen
mit verhältnismäßig flach verlaufender Kennlinie anwenden kann.
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Gemäß der Erfindung wird zwischen die Kreiselpumpe und den Flüssigkeitserhitzer
ein nach Art einer Schleuse wirkender Zuteiler, z. B. in Form eines regelbaren Kapselwerkes,
zwischengeschaltet, der so geregelt wird, daß er dem Erhitzer die angeforderte Flüssigkeitsmenge
zuteilt und daß sich gleichzeitig vor ihm ein Druck einstellt, der der Fördermenge
der Kreiselpumpe bei einer gegebenen Drehzahl entspricht.
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Die Verhältnisse seien an Hand der Diagramme nach den Abb. z und 2
erläutert, in denen die Förderhöhe h über der Fördermenge O aufgetragen ist. Bei
einer Fördermenge Q, und einer Drehzahl izo ergibt sich für -die Kreiselpumpe eine
Förderhöhe he. Diese setzt sich zunächst zusammen aus der Widerstandshöhe hij am
ÜberStrÖYnventil, das den Druck im Erhitzer gleichhält, und der Widerstandshöhe
lt" des Widerstandes im Rohrsystem. Zwischen der Höhe lt, und der Summe laü+lz"
besteht dann noch ein Höhenunterschied h,. Dieser Höhenunterschied wird durch den
Zusatzwiderstand des Zuteilers aufgebracht. Wenn jetzt die vom Flüssigkeitserhitzer
angeforderte Flüssigkeitsmenge sich verringert, so verringert sich auch der Wert
lt, auf h" -, da die absolute Widerstandshöhe im Rohrsystem sich verkleinert. Der
Zuteiler teilt dem Erhitzer jetzt eine kleinere FlüssigkeitsmengeQ' zu, vergrößert
aber jetzt die Höhe h, auf laz , so daß also das Verhältnis lt,
: h" ansteigt, während die Summe hti -i- h" + hz ebenfalls auf den Wert h,'
ansteigt.
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Falls die Pumpe nicht die im Beispiel angegebene stetig abfallende
Kennlinie, sondern eine Kennlinie mit einem Höchstpunkt besitzt, kann diese Regelung
selbstverständlich ebenfalls angewendet werden. Nur ist es dann nicht erforderlich,
daß der Wert h,' größer ist als h,', sondern es kann auch der Fall eintreten,
daß er gleich oder kleiner wird.
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Es kann Fälle geben, in denen die an Hand der Abb. z erläuterte- Regelung
nicht zweckmäßig ist, sondern daß es vorteilhafter ist, neben der Regelung des Zuteilers
auch eine Regelung der Kreiselpumpe selbst vorzunehmen. Man kommt dann auf Verhältnisse,
wie sie an Hand der Abb. 2 erläutert seien.
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Die .Fördermenge Q, entspricht dann wieder der ursprünglichen Fördermenge,
die Menge Q' der verringerten. Dadurch, daß die Drehzahl der Kreiselpumpe von der
Drehzahl von u, auf n verringert wird, ergibt sich, wie man aus der Abb. 2 erkennt,
eine zusätzliche Widerstandshöhe hz , die bedeutend geringer ist, als wenn man bei
der stark verringerten Fördermenge die Drehzahl der Kreiselpumpe nicht verändert
hätte. Welche der beiden Regelungen nach Abb. z oder 2 man im einzelnen wählt, hängt
von den Betriebsverhältnissen ab, doch wird man zweckmäßig zu der Regelung nach
Abb. 2 immer dann übergehen, wenn die vom Erhitzer- angeforderten Flüssigkeitsmengen
starken Veränderungen unterworfen sind.
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Bisher war den Betrachtungen der Grenzdampferzeuger zugrunde gelegt
worden. Die Regelung ist aber nicht nur bei diesen Erhitzern möglich, sondern immer
da, wo es sich um die Speisung von Flüssigkeitserhitzern mit Zwangsdurchlauf des
Arbeitsmittels handelt, also z. B. auch bei Vorwärmern oder anderen Dampferzeugern
mit so kleinem Wasserinhalt, daß zur Anpassung der Dampferzeugung an den Dampfbedarf
eine genau arbeitende Regelung der Speisung erforderlich ist.
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In der Abb. 3 ist das Schaubild einer Regelanordnung gemäß der Erfindung
dargestellt, und zwar ist als Beispiel die Regelung eines Bensons-Kessels gewählt,
der aus dem Erhitzer z und dem Überhitzer 2 besteht. Zwischen die beiden Kesselteile
ist Ein Drosselventil 3 zwischengeschaltet, während ein überströmventil q. den Dampfdruck
gleichhält. Zur Speisung des Kessels dient eine Speisepumpe 5, die durch einen Motor
6 angetrieben
wird. Diese arbeitet nun nicht unmittelbar auf den
Kessel, sondern in die Förderleitung 7 ist ein Kapselwerk 8 als Zuteiler zwischengeschaltet.
Das Kapselwerk 8 ist im Beispiel in der bekannten Ausführungsform angenommen, bei
der in einem außerhalb der Mitte gelagerten Körper 9 eine Reihe von Gleitschiebern
io liegen, die zwischen sich eine gewisse Flüssigkeitsmenge einschließen und weiterfördern.
Zum Antrieb des Körpers 9 mit den Schiebern io dient ein Elektromotor i i, der den
Verteiler z. B. über ein Schneckengetriebe antreibt. Der Motor i i ist in Abhängigkeit
von den Belastungsänderungen der Kesselanlage regelbar. Man kann z. B. eine Steuerkraft
unmittelbar von der an den Kessel angeschlossenen Kraftmaschine auf seinen Feldregler
einwirken lassen. Welche Art von Steuerung man verwendet, wird im übrigen von den
Betriebsbedingungen abhängen.
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In der Abb. 4 ist der Fall dargestellt, daß mehrere Kessel 12,
13, 14 von einer gemeinsamen Speisepumpe 15 aus gespeist werden. In diesem
Falle sind zwischen die Speisepumpe und die einzelnen Kessel die Zuteiler
16, 17 und 18 zwischengeschaltet, so daß jeder Kessel entsprechend seinem
Bedarf gespeist werden kann.
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Die Anordnung nach Abb.5 stellt eine Weitergestaltung der Anordnung
nach Abb. 4 dar, und zwar insofern, als mehrere Kessel 2o bis 23 durch mehrere Speisepumpen
24, :25,.26 gespeist werden. Diese Speisepumpen versorgen zunächst eine gemeinsame
Speiseleitung 27, von der die einzelnen Leitungen 28 bis 31 abgezweigt sind. Vor
die Kessel 2o bis 23 sind, wie im Falle der Abb. 4, die Verteiler 32 bis 35 zwischengeschaltet.
Es sind jedoch noch zwei weitere Verteiler 36 und 37 vorhanden, während die Pumpe
26 unmittelbar auf die Leitung 27 arbeitet. Man könnte übrigens auch die Pumpe 26
mit einem Zuteiler ausrüsten, doch ist es in diesem Falle zweckmäßig, diesen durch
eine Umgehungsleitung zu überbrücken und ihn nur in Betrieb zu nehmen, wenn eine
der übrigen Speisepumpen etwa einmal ausfällt.