DE647568C - Device for regulating the operation of steam generators, especially for vehicles and heating with solid fuels - Google Patents

Description

Vorrichtung zum Regeln des Betriebes von Dampferzeugern, insbesondere für Fahrzeuge und Beheizung mit festen Brennstoffen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum selbsttätigen Regeln des Betriebes von Dampferzeugern, insbesondere für Fahrzeuge und die Beheizung mit festen Brennstoffen.Device for regulating the operation of steam generators, in particular for vehicles and heating with solid fuels. The invention relates to a device for automatically regulating the operation of steam generators, in particular for vehicles, and heating with solid fuels.

Es ist bekannt, die selbsttätige Regelung von Dampferzeuge'rn, vor allem von Dampferzeugern auf Fahrzeugen, durch eine Abdampfturbine zu bewirken. Diese arbeitet mit gleichbleibendem Düsenquerschnitt, so daß das verarbeitete Druckgefälle verhältnisgleich zur Dampfmenge wird und damit auch, wenigstens in einem bestimmten Bereich, sich die Drehzahl verhältnisgleich mit derDampfmenge ändert. Da nun diese übereinstimmung infolge des veränderlichen Wirkungsgrades der meist mit Aktionsbeschauflung versehenen Abdampfturbine im ganzen Regelbereich nur eine annähernde sein kann, schalten bekannte Ausführungen in den Antrieb an irgendeiner Stelle noch eine Aussetzerregelung ein, die meist elektrisch gesteuert wird und bei Ölfeuerung eine hinreichend genaue Anpassung der durchschnittlichen Feuerungsleistung an den Dampfbedart der Hauptmaschine-ermöglicht.It is known, the automatic control of steam generators, before mainly from steam generators on vehicles, to be effected by an exhaust steam turbine. This works with a constant nozzle cross-section, so that the processed pressure gradient is proportional to the amount of steam and thus also, at least in a certain way Range in which the speed changes in proportion to the amount of steam. Since now this agreement as a result of the variable efficiency of the mostly with promotional scooping provided exhaust steam turbine in the entire control range can only be an approximate, switch known designs in the drive at some point or a dropout control one, which is usually controlled electrically and with oil firing a sufficiently precise one Adjustment of the average combustion output to the steam requirements of the main engine-enabled.

Bei Fendrungen für feste Brennstoffe ist damit eine ausreichende Anpassung der Wärmeentwicklung der Feuerung an die geforderte Dampflie*ferung nur beim Inkaufnehmen beträchtlicher Unzuträglichkeiten zu erreichen. Insbesondere bei kleinenTeillasten, wie sie im städtischen Straßenverkehr, aber auch im Betrieb industrieller Werke und öffentlicher Stromerzeugungsanlagen in großem Umfang vorkommen, würde ein häufiges Schwanken zwischen Vollast und Leerlaufbetrieb die Folge sein. Bei Rostfeuerungen entwickeln sich dann aus der Kohle während des Leerlaufs in größerer Menge Schwelgase und Kohlenoxyd, was wegen der Rauchbelästigung, der Explosionsgefahr und der Giftigkeit vermieden werden muß, ganz abgesehen von dem wirtschaftlichen Verlust durch das Entweichen solcher unverbrannter Gase. Daher strebt die Erfindung danach, die Übertragung der Drehzahlabhängigkeit der Abdampfturbine von der Dampfmenge auf die Hilfsmaschinen, wie Speisepumpe, Unterwindgebläse, Saugzuglüfter, Kondensatorlüfter oder Kühlwasserpumpe, so zu ermöglichen, daß eine stetige und auch der Beeinflussung durch die Zustandsgrößen Druck und Temperatur und durch die Dampfinenge stetig folgende Regelung sichergestellt ist.-Dabei wird von dem ebenfallg bekannten elektrischen Einzelantrieb für die Hilfsmaschinen, bei dem man die Möglichkeit hat, durch Änderung der den Einzelmotoren aufgedrückten Spannung die gewünschte Gleichhaltung von Druck und Temperatur des Dampfes zu er-. zielen, Gebrauch gemacht. . In the case of fuels for solid fuels, a sufficient adaptation of the heat development of the combustion to the required steam supply can only be achieved if considerable inconveniences are accepted. Particularly with small partial loads, such as occur in urban traffic, but also in large scale in the operation of industrial plants and public power generation plants, a frequent fluctuation between full load and idle operation would be the result. In grate firing, the coal then develops in large quantities during idling, which must be avoided because of the smoke nuisance, the risk of explosion and toxicity, quite apart from the economic loss due to the escape of such unburned gases. Therefore, the invention seeks to enable the transfer of the speed dependency of the exhaust steam turbine from the amount of steam to the auxiliary machines, such as feed pumps, underwind blowers, induced draft fans, condenser fans or cooling water pumps, in such a way that a constant and also the influence of the state variables pressure and temperature and the Dampfinenge constantly following regulation is ensured.-Here, the also known electric individual drive for the auxiliary machines, in which one has the possibility to maintain the desired equilibrium of pressure and temperature of the steam by changing the voltage applied to the individual motors. aim, made use of. .

Gegenstand der Erfindung ist also eine Regelung, die die günstigen Eigenschaften des elektrischen Einzelantriebs und des Antriebs durch Abdarnpfturbiiie gemeinsam zur Geltung bringen soll, dergestalt, daß die Spannung im Netz der elektrischen Einzelantriebe in Abhängigkeit von der Dampfmenge verändeit wird. Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, von einer Abdampfturbine mit gleichbleibendem Düsenquerschnitt einen durch eine Batierie gleichbleibender Spannung freinderregten Gleichstromerzeuger anzutreiben, der den Strom für den elektrischen Einzelagtrieb der Hilfsmaschinen im üblichen Betrieb liefert. Bei einer solchen Anlage ändert sich die Klemmspannung verhältnis-,leich zur Drehzahl, also auch zu der die Turbine durchströmenden Abdampfmenge. Der von tliesem Stromerzeuger gelieferte Strom wird den Einzelantriebsmotoren unter Zwischenschaltung von Widerständen 7ugeführt, die eine Beeinflussung durch die Zustandsgrößen oder die Dampfmenge ermöglichen. Die zu diesem Zweck gewählte Schaltung ist folgende: Der im Dampferzeuger i erzeugte und überhitzte Dampf wird in der Hauptmaschine, im besonderen in der Fahrzeugdampfinaschine 2 bis zu ein= wenig über der Kondensatorspannung liegenden Gegendruck entspannt. E#r strömt dann durch die Rohr-! leitung 3 einer Abdainpfturbine 4 zu, die an beliebiger, für den Betrieb zweckmäßiger Stelle angeordnet sein kann. Bei festen, unveränderlichen Düsenquerschnitten dieser Abdampfturbine und gleichbleibender Kondensatorspannung stellt sich dann der Druck vor den Düsen der Abdainpfturbine so ein, daß das adiabatische Wärmegefälle in den Turbinendüsen dem Quadrat der Dampftnenge und die Ausströn-1ungsgeschwindigkeit des Dampfes aus den Turbinendüsen der Dampfmenge selbst verhältnisgleich wird. Daher wird auch die Umdrehungszahl der Abdainpfturbine verhältnisgleich zur Dampfmenge.The object of the invention is therefore a control system which is intended to bring the favorable properties of the individual electric drive and the drive through Abdarnpfturbiiie to advantage, in such a way that the voltage in the network of the individual electric drives is changed as a function of the amount of steam. For this purpose, it is proposed according to the invention to drive a direct current generator, which is freely excited by a battery of constant voltage, from an exhaust turbine with constant nozzle cross-section, which supplies the current for the individual electrical drive of the auxiliary machines in normal operation. In such a system, the clamping voltage changes in proportion to the speed, i.e. also to the amount of exhaust steam flowing through the turbine. The electricity supplied by the electricity generator is fed to the individual drive motors with the interposition of resistors, which enable the state variables or the amount of steam to be influenced. The circuit chosen for this purpose is as follows: The steam generated and overheated in the steam generator i is released in the main engine, in particular in the vehicle steam engine 2, to a back pressure slightly above the capacitor voltage. E # r then flows through the pipe! line 3 to an Abdainpfturbine 4, which can be arranged at any convenient point for operation. With fixed, unchangeable nozzle cross-sections of this exhaust turbine and constant condenser voltage, the pressure in front of the nozzle of the exhaust turbine is set in such a way that the adiabatic heat gradient in the turbine nozzles is proportional to the square of the steam volume and the discharge speed of the steam from the turbine nozzles is proportional to the amount of steam itself. Therefore, the number of revolutions of the Abdainpfturbine is proportional to the amount of steam.

Treibt man nun von der Turbine 4 aus mit unmittelbarer Kupplung oder über ein Rädergetriebe unveränderlicher Übersetzung einen Gleichstromerzeug#r 5 an, dessen Erregerwicklung von einer gleichbleibenden Spannung, z. B. einer Batterie 6, aus gespeist wird, so wird die Spannung an den Klemmen von 5 unmittelbar verhältnisgleich zur Drehzahl der Abdampfturbine und daher auch zu der diese durchströmenden Dampfmenge. Dasselbe kann auch erreicht werden, wenn an Stelle des fremderte"ten Elektromagneten ein Dauermagnet als Feldmagnet des Gleichstromerzeugers 5 verwendet wird. If you now drive a direct current generator # r 5 from the turbine 4 with a direct clutch or via a gear train with unchangeable translation, the excitation winding of which is controlled by a constant voltage, e.g. B. a battery 6 is fed from, the voltage at the terminals of 5 is directly proportional to the speed of the exhaust steam turbine and therefore also to the amount of steam flowing through it. The same can also be achieved if a permanent magnet is used as the field magnet of the direct current generator 5 instead of the foreign "th electromagnet.

Zum Aufladen der Batterie dient ein zweiter Gleichstromerzehger 7, der in der von den Lichtmaschinen für Kraftfahrzeuge her bekannten Weise entweder, wie in der Zeichnung dargestellt, von der Hauptdampfmaschine oder einer Zwischenwelle des Antriebs, oder auch von der Abdampfturbine 4 angetrieben wird. Die Spannung an den Klemmen dieses Stromerzeugers 7 wird durch einen Regler 8 gleichbleibend und etwas höher als die Batteriespannung gehalten.To charge the battery, a second DC generator 7 is used, which is driven in the manner known from alternators for motor vehicles either, as shown in the drawing, by the main steam engine or an intermediate shaft of the drive, or also by the exhaust steam turbine 4. The voltage at the terminals of this power generator 7 is kept constant by a regulator 8 and is slightly higher than the battery voltage.

Der Strom vom Stromerzeuger 5 wird nun verwendet, um die Hilfsmaschinen (Speisepumpe 9, Untergewindgebläse i o, Saugzuggebläse i i und Kühlwasserpumpe oder Kondensatorgebläse 12) durch die fremderregten Gleichstrommotoren 13, 14t 15, 16 mit oder ohne Zahnradgetriebe anzutreiben. Infolge der Fremderregung durch die gleichbleibende Batteriespannung ist die, Drehzahl dieser Motoren und der mit unveränderlicher Übersetzung damit gekuppelten Hilfsmaschinen streng verhältnisgleich zu der den Läufern dieser Motoren 13, 14, IS, 16 zugeführten Klemmenspannung des Strornerzeugers*5 und daher auch zu der durch die Hauptmaschine 2 und die Abdampfturbine4 strömenden Dampfmenge. Da bei allen diesen Hilfsmaschinen, die als Kreiselrad- oder als Kolbemnaschinen ausgeführt sein künnen, 7iiiiiindest in einem weiten Bereich beiderseits der Regeldrehzahl die Fördermenge fast genau verhältnisgleich der Drehzahl ist, werden die dem Dampferzeuger zugeführten Mengen an- Speisewasser, Verbrennungsluft und die abgeführte Abgasmenge, sowie die dem Kondensator zugeführte Kühlwasser- oder Kühlluftinenge ebenfalls verhältnisgleich zu der vom Dampterzeuger erzeugten Dampfinenge. Dies ist der Ztistaand, der bei gleichbleibendem Wirkungsgrad, Brennstoffheizwert, Speisewasser-, Dampf- und Kühlwasser- oder Kühlluftzustand von der Regelung eingehalten werden soll. The current from the generator 5 is now used to drive the auxiliary machines (feed pump 9 , sub-thread fan io, induced draft fan ii and cooling water pump or condenser fan 12) by means of the separately excited DC motors 13, 14t 15, 16 with or without gear transmission. As a result of the external excitation through the constant battery voltage, the speed of these motors and the auxiliary machines coupled with them with unchangeable gear ratio is strictly proportional to the terminal voltage of the current generator * 5 supplied to the rotors of these motors 13, 14, IS, 16 and therefore also to that of the main machine 2 and the steam turbine 4 flowing amount of steam. Since with all these auxiliary machines, which can be designed as centrifugal or piston machines, the delivery rate is almost exactly the ratio of the speed at least in a wide range on both sides of the control speed, the amounts of feed water, combustion air and the amount of exhaust gas discharged to the steam generator are and the amount of cooling water or cooling air supplied to the condenser is also in proportion to the amount of steam generated by the steam generator. This is the Ztistaand that should be maintained by the control with constant efficiency, fuel calorific value, feed water, steam and cooling water or cooling air status .

Ändert sich nun eine der gleichzuhaltenden Größen zufällig oder infolge einer Änderung des Betriebszustandes, z. B. der Dampfentnahme, so ist die Regelung imstande, auf folgende Weise die anderen Größen durch Änderung der Drehzahl der betreffenden Antriebsmotoren nachzuregeln: Zu diesem Zweck sind in die Erregerstronikreise der Gleichstrommotoren 13, 14, 15, 16 veränderliche Widerstände 17, 18, Ig, 2o eingebaut. Schwächung der Erregung erhöht die Drehzahl, Erhöhung der Erregerspannung vermindert sie. Statt dessen können auch Widerstände im Ankerstromkreis verwendet werden; deren Wirkung ist entgegengesetzt: eine Schwächung des Ankerstroms hat eine Drehzahlverminderung zur Folge.If one of the variables to be kept the same changes accidentally or as a result of a change in the operating state, e.g. For example, the steam extraction, so the control system is able to readjust to the following manner, the other sizes by changing the speed of the respective drive motors: For this purpose, in the Erregerstronikreise of the DC motors 13, 14, 15, 16, variable resistors 17, 18, Ig, 2o built in. A weakening of the excitation increases the speed; an increase in the excitation voltage reduces it. Instead, resistors can also be used in the armature circuit; their effect is opposite: a weakening of the armature current results in a reduction in speed.

Die verschiedenen Widerstände werden von den verschiedenen Regelvorrichtungen beeinflußt. Z. B. kann der Dampfdruck auf die Speisepumpe einwirken, indem ein federbelasteter Kolben oder eine Membrane durch steigenden Dampfdruck so verschoben wird, daß der mit ihm gekuppelte Widerstand 17 im Sinn der Förderung einer kleineren Speisewassermenge verschoben wird, also einer Erhöhung der Erregerspannung. Entsprechend kann man, wie in der Zeichnung angedeutet, die Heißdampftemperatur auf die Feuerungsgebläse io und i i durch die Widerstände 18 und ig, den Druck im Kondensator:25 auf die Kühlwasser- oder Kühlluftförderung 12 durch den Widerstand:2o einwirken lassen. Doch sind auch andere Anordnungen möglich, wie auch einzelne Hilfsmaschinen wegfallen oder ungeregelt bleiben können. Endlich besteht die Möglichkeit, für Anlagen, die einer besonders feinfühligen Druck- und Temperaturregelung'bedürfen, die Druck- und Temperaturfühler durch Verbindungshebel so zu kuppeln, daß eine bestimmte Abhängigkeit der beiden Werte voneinander eingehalten wird.The various resistances are determined by the various regulating devices influenced. For example, the steam pressure can act on the feed pump by means of a spring-loaded Piston or a membrane is displaced by increasing vapor pressure in such a way that that the resistor 17 coupled to it in the sense of promoting a smaller amount of feed water is shifted, so an increase in the excitation voltage. Accordingly, one can as indicated in the drawing, the superheated steam temperature on the furnace fan io and i i through resistors 18 and ig, the pressure in the capacitor: 25 to the Cooling water or cooling air delivery 12 through the resistor: allow 2o to take effect. However, other arrangements are also possible, and individual auxiliary machines are also omitted or can remain unregulated. Finally there is the possibility for systems that a particularly sensitive pressure and temperature control 'require the pressure and to couple temperature sensors by connecting levers so that a certain dependency of the two values of each other is adhered to.

Für den Fall, daß man eine oder die andere der geregelten Größen willkürlich zu verändern wünscht, wie dies z. B. beim übergang auf eine Kohle von anderem Heizwert erforderlich ist, vvird in jedem willkürlich zu beeinflussenden Stromkreis noch ein weiterer Widerstand 2,1 bis 24 eingebaut, der vorn Schaltbrett. aus von Hand verändert werden .kann.In the event that one or the other of the regulated quantities is arbitrary wishes to change, as z. B. when transitioning to a coal with a different calorific value is required, vv is still in each arbitrarily influenced circuit Another resistor 2.1 to 24 built in, the front switchboard. from by hand can be changed.

Zur Inbetriebsetzung der Feuerung bei stillstehender Hauptdampfmaschine :2 und Abdarnpfturbine 4 ist es erforderlich, für kurze Zeit auch die Ankerstromkreise der Gleichstrommotoren 13, 14, 15 und 16 mit Batteriestrom versorgen zu können. Diesem Zweck dient ein Hilfsscha-Iter 26, durch den die Anlcer der für* die Inbetriebsetzung gebrauchten Motoren mit der Batterie verbunden werden können.To put the furnace into operation when the main steam engine: 2 and Abdarnpfturbine 4 are at a standstill, it is necessary to be able to supply the armature circuits of the DC motors 13, 14, 15 and 16 with battery power for a short time. An auxiliary switch 26 is used for this purpose, through which the connectors of the motors used for commissioning can be connected to the battery.

Claims (3)

PATr,NTANSPRÜCHE: i. PATR, NT CLAIMS: i. Vorrichtung zum Regeln des Betriebes von Dampferzeugern von Kraftanlagen, insbesondere,für Fahrzeuge und Beheizung mit festen Brennstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsmaschinen während des üblichen Betriebs einzein elektrisch'angetrieben werden, wobei die Antriebsmotoren (13, 14, 15, 1,6) der Hilfsmaschinen (9, io, ii, i-» von einem mit gleichbleibender Spannung fremderregten Gleichstromerzeuger (5) gespeist werden, dessen Spannung infolge des Antriebs durch eine Abdampfturbine (4) verhältnisgleich zu der erzeugten und von der Betriebsmaschine (2) und der Abdampfturbine _(4) verarbeiteten Dampfmenge ist. :2. Device for regulating the operation of steam generators in power plants, in particular for vehicles and heating with solid fuels, characterized in that the auxiliary machines are individually driven electrically during normal operation, the drive motors (13, 14, 15, 1,6) the auxiliary machines (9, io, ii, i- »are fed by an externally excited direct current generator (5) with a constant voltage, the voltage of which, as a result of being driven by an exhaust turbine (4), is in proportion to that generated by the operating machine (2) and the exhaust turbine _ (4) the amount of steam processed.: 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremde.rregung der Antriebsmotoren der Hilfsmaschinen und des Stromerzeugers (5) .von einer Sammlerbatterie (6) aus erfolgt, die von einem zweiten' Stromerzeuger (7) aufgeladen wird, der seinen Antrieb entweder von der Hauptdampimaschine (2) oder von einem von- dieser angetriebenen Teil der Anlage oder von der gleichen Abdampfturbine (4) wie der Stromerzeuger (5) oder von einer zweiten, mit dieser in Reihe geschalteten Abdampfturbine erhält und der durch eine Vorrichtung bekannter Art auf gleichbleibende Spannung geregelt wird. 3. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in einen, mehrere oder alle Erreger- oder Ankerstrornkreise der Antriebsmotoren der Hilfsmaschinen Widerstände (17, 18, ig, 2o) eingebaut sind, die durch gegebenenfalls untereinander gekuppelte Druck- unci Temperaturfühler beeinflußt werden. 4. 'Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für bestimmte Hilfstnaschinen in die Erreger- oder Ankerstromkreise der Antriebsmotoren außer den durch Druck- und Temperaturfühler selbsttätig beeinflußten auch no(zh von Hand veränderliche Widerstände (24 22, 23, 24) eingebaut werden.Device according to claim i, characterized in that the external excitation of the drive motors of the auxiliary machines and of the power generator (5) takes place from a collector battery (6) which is charged by a second power generator (7) which is driven either by the main steam machine (2) or from a part of the system driven by this or from the same exhaust steam turbine (4) as the power generator (5) or from a second exhaust turbine connected in series with it and which is kept constant by a device of the known type Voltage is regulated. 3. Apparatus according to claim i, characterized in that resistors (17, 18, ig, 2o) are installed in one, several or all of the excitation or armature current circuits of the drive motors of the auxiliary machines, which are influenced by possibly interconnected pressure and temperature sensors. 4. 'The device according to claim i, characterized in that for certain auxiliary machines in the exciter or armature circuits of the drive motors except for the automatically influenced by pressure and temperature sensors also no (zh manually variable resistors (24 22, 23, 24) are installed .