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Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Zufuhr oder der Entnahme
von Flüssigkeit aus Behältern, insbesondere zur Regelung von Speiseeinrichtungen
von Dampfkesseln Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur selbsttätigen
Regelung der Zufuhr oder Entnahme von Flüssigkeiten aus Behältern, insbesondere
zur Regelung der Speisung von Dampfkesseln, deren Wasserraum mit einer außerhalb
des Behälters angeordneten, in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand im Behälter stehenden
Membrane, einem Kolben o. dgl. in Verbindung steht, die mittels eines Gestänges
mit einer zweiten Membrane verbunden ist, über der sich in einem feststehenden,
senkrechten Rohr eine unter Atmosphärendruck stehende Flüssigkeitssäule befindet.
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Zur Übertragung des Membranhubes auf die Speiseeinrichtungen sind
bei bekannten Vorrichtungen Hebel, Gestänge und ähnliche Übertragungsmittel erforderlich,
die große Verstellkräfte und viel Platz benötigen. Es ist daher schon vorgeschlagen
worden, den Membranhub durch hydraulische Mittel auf das Speiseventil zu übertragen,
indem die Membrane mechanisch mit einem Steuerkolben verbunden wird, der den Flüssigkeitsstrom
-des Hilfsmotors für das Speiseventil regelt. Da der Steuerkolben eines Hilfsmotors
sehr empfindlich ist, so ist bei der Übertragung des Membranhubes auf den Steuerkolben
eine starke Untersetzung erforderlich, was unerwünscht ist.
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Es sind auch Wasserstandsanzeiger mit Fernübertragung bekannt, bei
denen ein mit dem Kessel wasserseitig und: dampfseitig verbundener Behälter federnd
aufgehängt ist und die senkrechten Bewegungen dieses Behälters durch ein Gestänge
auf eine Membrane übertragen werden. Die Membrane verschiebt eine Flüssigkeitssäule,
deren Ende in einem Schauglas sichtbar ist.
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Nach der Erfindung, wird als Impuls für den Speise- oder Entnahmeregler
der statische Druck der Flüssigkeitssäule verwendet, deren
Höhe
in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsstand im Behälter steht. Durch diese Maßnahme
wird eine Impulswandlung erreicht, indem Schwankungen des Flüssigkeitsstandes im
Behälter auf die vom Behälterinhalt getrennte Flüssigkeitssäule übertragen werden
und die Schwankungen dieser Flüssigkeitssäule zur Regelung der Speiseeinrichtung
dienen. Die Zwischenschaltung dieser vom Behälterdruck unabhängigen Flüssigkeitssäule
zwischen den Flüssigkeitsstand im Behälter und die Speiseeinrichtung hat den Vorteil,
daß die Flüssigkeitssäule nicht unter dem oft sehr hohen Behälterdruck steht und
.daher auch die Übertragung der Höhenänderungen dieser Flüssigkeitssäule auf das
Speiseventil keine Schwierigkeiten mehr bereitet.
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Die durch die Schwankungen des Flüssigkeitsstandes im Behälter gegebenen
Impulse können bei Anlagen nach der Erfindung ohne weiteres auch auf größere Entfernungen
übertragen werden, und. zwar mit einer einzigen Leitung, «-elche die Flüssigkeitssäule
mit dem Speiseventil bzw. mit dem Steuerkolben des Hilfsmotors für das Speiseventil
verbindet.
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Im Gegensatz. dazu ist bei -den bekannten Anlagen der Steuerkolben
.des Servomotors an der Membrane befestigt, und zur C;bertragung der Impulse von
der Membrane bzw. vom Steuerkolben zu dem entfernt liegenden, mit dem Speiseventil
verbundenen Hilfsmotor sind zwei Ölleitungen, nämlich eine Vorlauf-und eine Rücklaufleitung,
erforderlich.
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Die Erfindung bringt daher eine größere Freiheit in der räumlichen
Anordnung der Speiseeinrichtungen und ihrer Steuermittel. Sie ermöglicht auch eine
leichte Anpassung der Steuerung an .die Betriebsverhältnisse durch hydraulische
Mittel. So können beispielsweise die geeigneten Verstellkräfte durch entsprechende
Wahl der Kolben oder Membrandurchmesser bestimmt werden, oder es können Schwingungen
des Kesselwasserstandes, die ein einwandfreies Arbeiten der Speiseeinrichtungen
unmöglich machen würden, durch Drosselvorrichtungen, :die in das geschlossene Flüssigkeitssystem
zwischen der Flüssigkeitssäule und der Steuereinrichtung des Hilfsmotors eingebaut
werden, abgefangen werden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die vom
Behälterdruck unabhängige Flüssigkeitssäule noch andere Einrichtungen, wie Wasserstandsanzeiger
oder Alarmapparate, verstellt werden können. Auch können weitere Regeleinrichtungen,
z. B. Lade- oder Entladevorrichtungen voll Speicheranlagen, an das geschlossene,
unter dem Druck der Flüssigkeitssäule stehende Flüssigkeitssystem angeschlossen
werden, wobei diese dann ebenfalls in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand im Behälter
geregelt werden. Die beiden Membranen können in einem gemeinsamen Gehäuse untereinander
angeordnet sein, zweckmäßig werden auch in unter näher angegebener Weise die -Membranen
durch Einschaltung eines Gewichts-oder einer Feder in ihrer Verstellkraft beeinflußt.
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In den Abb. i bis d. sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Abb. i zeigt in schematischer Darstellung eine Gesamtanlage. Abb. 2 ist ein Schnitt
durch das Membrangehäuse. Abb.3 ist eine schematische Darstellung einer Regelanlage,
während Abb. d eine andere Anordnung der Regelanlage zeigt.
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An der Obertrommel i des Kessels befinden sich ein Wasserstandsglas
2 und parallel dazu ein kommunizierendes Rohr 3, an dessen oberem Ende ein mit Überlauf
versehener Behälter 4 vorgesehen ist. Der Wasserstand im Behälter ,;. wird stets
auf gleichbleibender Höhe gehalten, indem etwaiger Wasserüberschuß in das Rohr 3
überläuft und indem etwa fehlendes Wasser durch niedergeschlagenen Dampf ergänzt
wird.
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Der untere Teil des Rohres 3 steht durch die Leitung 5 mit der Unterseite
der Membrane 6 in Verbindung, während die Oberseite dieser Membrane durch die Leitung
7 mit dem Behälter d. verbunden ist. Die Bewegungen der Membrane 6 werden durch
den Hebel 8 und eine Welle 9 auf zwei außerhalb des Gehäuses io liegende Hebel i
i übertragen. Auf diesen Hebeln ist ein verschiebbares Gegengewicht 12 angeordnet.
Die Hebel i i stehen :durch ein Zwischenstück 13 mit der Membrane 14 in Verbindung,
über der sich die Flüssigkeitssäule 15 befindet. Diese ist in einem durchsichtigen
Rohr 16 untergebracht, das oben einen erweiterten O_uerschnitt hat und dessen obere
Öffnung -durch einen nachgiebigen Balg abgeschlossen ist, der einen Wasserverlust
durch Verdunsten verhindert.
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An den oberen Deckel des Gehäuses io ist durch die Leitung 17 die
Steuereinrichtung 18 angeschlossen, durch die der Hilfsmotor i9 des Speiseventils
2o gesteuert wird. Die zur Steuerung des Hilfsmotors i9 erforderlichen Teile, wie
Relais, Ölpumpe, Antriebsmotor für die Ölpumpe und Ölbehälter, sind in einem Gehäuse
21 untergebracht,. auf dem das Gehäuse für die Membranen 6 und 14 befestigt ist.
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Für die Verstellung des Speiseventils kann ein beliebiger Hilfsmotor
verwendet werden. Die Ausführung .der hydraulischen Steuerung ist als Beispiel aus
Abb.3 ersichtlich. Die Ölpumpe 22 fördert das zur Verstellung des Kolbens im Motorzylinder
i9 erforderliche Öl. Der Zutritt des Öles zum Motorzylinder wird durch den Kolben
23 geregelt,
dessen Bewegung einerseits von der Membrane 3 r und
andererseits von dem Kolben des Rückführzylinders 24 abhängig ist. Im Ausführungsbeispiel
ist eine hydraulische, nicht nachgiebige Rückführung vorgesehen. Die Flüssigkeitssäule
15 bildet einen Teil des geschlossenen Flüssigkeitssystems 17, 25, 26. An dieses
System ist außer den Membranen 14 und 3 r noch eine weitere Membrane 27 angeschlossen,
welche die Alarmeinrichtungen, elektrisch betriebene Sirenen 28, 29, steuert. Die
Sirene 28 zeigt den tiefsten und die Sirene 29 den höchsten Wasserstand an. Die
beiden Sirenen werden dadurch betätigt, daß ein mit der Membrane 27 verbundener
Bügel- 30 den entsprechenden elektrischen Kontakt berührt und den Stromkreis
schließt.
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Die Wirkungsweise der Anlage ist folgende: Sinkt der Wasserspiegel
in der Tromtnel r, so sinkt :dementsprechend auch der Wasserstand in dem Rohr 3.
Infolge davon bewegt sich die Membrane 6 nach unten und zieht die Membrane 14 durch
das Gestänge 8, 9, 1r, 13 ebenfalls nach unten. Die Höhe der Flüssigkeitssäule
15 nimmt also ab, und der Druck in dem geschlossenen Flüssigkeitssystem 25,
26 geht zurück. Die Membrane 31
%vird entlastet und hebt den Kolbenschieber
23 etwas an, so .daß die Eintrittsöffnung für das Drucköl durch den Kolben 23 freigegeben
wird und das 01 in den Hilfsmotorzylinder z9 strömt, den Motorkolben nach
unten drückt und das Ventil öffnet. Die Speisung .des Kessels wird daher verstärkt.
Durch den Druckanstieg im Motorzylinder und in seiner Zuführungsleitung wird derKolben
des Rückfü'hrzylinders 24 nach unten gedrückt und die Bewegung der Membrane 31 ausgeglichen,
so daß der Steuerkolben 23 wieder in seine Mittelstellung gelangt.
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Sinkt der Wasserspiegel weiter ab, so wiederholt sich dieses Spiel.
Reicht die Speisung des Kessels nicht aus, um das Absinken .des Wasserspiegels zu
verhindern, so wird bei Erreichung des tiefsten Wasserstandes die Membrane 27 durch
die abnehmende Wassersäule 15 so weit entlastet, daß der Bügel 3o den oberen Kontakt
berührt und die Alarmsirene 28 zum Ertönen bringt. Bei steigendem Wasserspiegel
in der Kesseltrommel spielt sich der umgekehrte Vorgang ab.
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Bei dem in Abb.4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Gehäuse
der beiden Membranen 14 und 6 ebenfalls untereinander angeordnet. Die Bewegung der
Membrane 6 wird ähnlich wie bei dem in Abb. z dargestellten Ausführungsbeispiel
auf beiderseits des Gehäuses to angeordnete Hebel rz übertragen. Diese Hebel verstellen
ein Gestänge 32, das mit der oberen Membrane 14 verbunden ist. Auf diese Weise wird
die Bewegung der unter Behälterdruck stehenden Membrane 6 auf die die Höhe .der
Flüssigkeitssäule in dem Rohr 16 bestimmende Membrane 14 übertragen.
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An dem unteren Teil des Gestänges 32 ist eine Stange 33 befestigt,
die in einem kreisförmigen Bogen 34 endet, der auf einer Schneide des Hebels 35
aufliegt. Dieser Hebel ist an einer Welle 36 befestigt, die durch das Lager 37 hindurchgeht
und an der der Hebel 38 befestigt ist. Am anderen Ende des Hebels 35 greift eine
Feder 39 an, deren Spannung durch Verstellen des Bügels 40 verschieden eingestellt
werden kann. An dem Hebel 38 ist ein verschiebbares Gewicht 41 vorgesehen.
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Wenn sich der Hehe138, wie gezeichnet, in senkrechter Lage befindet,
so übt .das Gewicht 41 keine Wirkung aus, so daß nur der Druck der Feder 39 durch
das Gestänge 35, 33 auf die Membrane 6 einwirkt. Der Federdruck hält dabei dem auf
.der Membrane 6 ruhenden überdruck, der sich aus der verschiedenen Höhe der auf
die Ober- und Unterseite der Membrane lastenden Wassersäule ergibt, das Gleichgewicht.
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Durch. Verstellen des Bügels 4o kann die Feder 39 mehr oder weniger
gespannt werden, d. h. es wird diejenige Gegenkraft geändert, bei der sich die Membranen
in ihren Mittellagen befinden. Auf diese Weise kann der auf gleicher Höhe zu haltende
Flüssigkeitsstand im Behälter verschieden eingestellt werden.
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Eine weitere Einstellmöglichkeit bietet der Hebel 38, der, sobald
er aus seiner Mittellage gedreht wird, durch das verschiebbare Gegengewicht 41 ein
zusätzliches Drehmoment ausübt und dadurch bei abwärts gehender Stange 33 den Membrandruck
verstärkt und bei aufwärts ;gehender Stange 33 in entgegengesetzter Richtung wirkt.
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In dem Reglergehäuse ist ein Raum 42 für Alarmvorrichtungen,
die gemäß Abb. 3 an die Flüssigkeitssäule angeschlossen werden können, und ein Raum
43 für den Ölbehälter des Hilfsmotors vorgesehen.