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Einrichtung zum selbsttätigen Einregeln einer gleichbleibenden Dampftemperatur
am Überhitzeraustritt Die Erfindung macht sich zur Aufgabe, bei Anlagen mit einer
zur Dampfkühlung dienenden, zwischen zwei kessellastabhängig beaufschlagten Überhitzerabschnitten
eingeschalteten Kühleinrichtung selbsttätig eine gleichbleibende Dampftemperatur
am Überhitzeraustritt einzuregeln.
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Eine-derartige den Ausgangspunkt der Erfindung bildende Anlage ist
in Fig. i dargestellt. Hierin sind die beiden Überhitzerabsehnitte mit
a und b und der zwischen beiden Abschnitten eingeschaltete Kühler
mit k bezeichnet. Der Dampf strömt im Punkt o zu und nimmt seinen Weg über die Punkte
i und 2, um dann im Punkte 3 schließlich zum Verbraucher abzuströmen. Die Dampftemperaturen
an diesen Punkten sind im folgenden sinngemäß mit to bis t3 bezeichnet. t3 ist also
die Temperatur, die während des Betriebes, wie sich die Belastung des Kessels auch
ändert, möglichst ohne Schwankungen aufrechterhalten werden soll.
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Man hat vorgeschlagen, die Anlage mit einem Regler auszustatten, der,
wenn die Temperatur t3 steigt, selbsttätig das Ventil v, das in die Kühlmittelzuleitung
zum Kühler h eingesetzt ist, in solchem Maße weiter öffnet und, wenn die Temperatur
t3 fällt, weiter schließt, daß die Temperatur t3 jeweils schließlich auf den gewollten
ursprünglichen Wert zurückgeführt wird. Eine solche Regeleinrichtung wird aber niemals,
befriedigend arbeiten können und verhältnismäßig starke Temperaturschwankungen nach
sich ziehen, weil zwischen dem Augenblick, wo der Kühlmittelzufluß zum Kühler k
verändert wird, und dem Augenblick, wo sich diese Änderung im Punkte 3 auswirkt,
eine mehr oder weniger
große Zeitspanne liegt, so daß Überregelungen
unvermeidlich sind.
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Uni der Gefahr der Pendelungen entgegenzutreten, könnte man zwar den
Temperaturiiberwachungspunkt in Richtung
[email protected] Kühler vorverlegen, doch würde
man in-'diesem
| Falle, wenn man die Temperatur an einem s |
| chen vorverlegten Punkte gleiclibleibenk'. |
| hält, niemals erreichen können, daß auch. |
| Temperatur an der Stelle des Dampfaustritt |
aus dem überhitzer bei allen Kesselbelastun-: gen den gleichen Wert hat. Würde man
den Regler so verwenden, daß er beispielsweise die Temperatur im Punkte 2 auf gleicher
Höhe hält, so wäre die Folge, daß die Temperatur im Punkte 3 dennoch bei steigender
Kesselbelastung einen höheren, bei sinkender Kesselbelastung einen niedrigeren Wert
annimmt.
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Das erklärt sich daraus, da?) die Beaufschlagung des Heizflächenteiles
b bei verschiedenen Kesselbelastungen verschieden groß ist. Je höher der Kessel
belastet wird, um so höher ist auch die Temperatur seiner Abgase, um so stärker
wird also der Heizflächenteil b beheizt, und umgekehrt. Infolge dieser Erscheinung
ist durch Aufrechterhalten der Temperatur im Punkte -2 die Aufrechterhaltung einer
gleichbleibenden Temperatur im Punkte 3 ausgeschlossen, so daß der Gedanke, die
Temperaturüberwachung vorn Punkte 3 nach dein Punkte 2 vorzuverlegen, ebenfalls
zu keiner befriedigenden Lösung der gestellten Aufgabe führt.
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Gemäß der Erfindung ergibt sich ein Ausweg aus allen diesen Schwierigkeiten,
wenn man die Kühlmittelzufuhr einem Regler unterstellt, der an der zwischen dem
Kühler h und dem zweiten überhitzerabschnitt b liegenden Meßstelle 2 die Solltemperatur
verändert, und zwar, wenn die Temperatur an der 1#Ießstelle i absinkt, die Solltemperatur
erhöht, wenn die Temperatur an der Meßstelle i steigt, die Solltemperatur erniedrigt,
so daß die Temperatur am Ende des zweiten Überhitzerabschnittes b (Punkt 31 einen
ständig gleichbleibenden Wert aufweist.
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Die Regelung der Kühlmittelzufuhr bei Heißdampfkühlern mit Hilfe eines
Reglers, der seine Steuerimpulse von vor und hinter dem Kühler angeordneten Meßstellen.
erhält, ist auch bei früher bekanntgewordenen Kühlanlagen schon anzutreffen. Dort
handelt es sich jedoch tim nichts anderes als um eine ständige Angleichung der Kühlmittelinenge
an die durch den Kühler hindurchströmenden Dampfmengen, die in diesem Falle durch
fortlaufende Messung des Differenzdruckes zwischen den beiden -leßstellen gemessen
werden: Dort werden also nicht wie bei der gemäß der Erfindung aufgebauten Anlage
vor und hinter dem Kühler Temperaturen, sondern Drücke -entessen und dient die Regelung
einem ganz anderen Zweck als dem, von <lern die Erfindung ausgeht.
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Wie oben schon dargelegt wurde, erhöhen sich :bei. einer Zunahme der
Kesselbelastung die Temperaturen an den Punkten i, 2 und 3. Während bei den eingangs
betrachteten Regel-
| ögliclil:eiten nur die Temperaturänderungen |
| " den Punkten 3 bzw. 2 von Interesse waren, |
| l t jetzt erfindungsgemäß auch die Tempe- |
`raturänderung im Punkte i eine wichtige Größe. Während vordem der Regler r auf
eine gleichbleibende Temperatur im Punkte 2 hinarbeitete, bewirkt dieser Regler
jetzt in dem betrachteten Falle der Kessellasterhöhung eine Absenkung der Temperatur
an dieser Stelle unter den vorher überwachten Ziert, und zwar so weit, dar der Einfluß
der Beheizung auf den im Strömungssinn auf den Punkt 2 folgenden Heizflächenteil
b ausgeschaltet wird, so daß die Temperatur im Punkte 3 diejenige Größe ist, die
letzten Endes immer auf ihren Ursprungswert zurückgeführt wird. Neben der Veränderung
der Solltemperatur im Punkte 2 ist zugleich das zweite für die Erfindung charakteristische
Merkmal das, daß diese Sollwertveränderungen durch Temperaturänderungen in einem
Punkte vor dem Kühler, hier in dem Punkte i, herbeigeführt werden. Da, wie schon
gesagt, bei zunehmender Kesselbelastung auch die Temperatur im Punkte i wächst,
im Punkte 2 aber <ins den angeführten Gründen eine Senkung des Temperatursollwertes
notwendig wird, müssen Temperaturerhöhungen im Punkte i im Sinne einer Sollwerterniedrigung,
Temperaturverminderungen in diesem Punkte im Sinne einer Sollwerterhöhung des Reglers
nutzbar gemacht werden.
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Die Fig. 2 bis d. zeigen ein Ausführungsbeispiel eines für den vorliegenden
Zweck geeigneten Reglers. Hierbei ist im besonderen alt einen elektrischen Regler
gedacht, bei dein die Steuerkommandos dadurch zustande komineii, daß ein Kontaktzeiger
.l beim Ausschlag im einen. Sinne gegen ein Kontaktstück 5, beim Ausschlag im entgegengesetzten
Sinne gegen ein Kontaktstück 6 anläuft, wodurch in dem ersten Falle ein Stromkreis
geschlossen wird, demzufolge ein elektrischer Verstellmotor für <las Ventil v
dieses Ventil weiter öffnet, während rin zweiten Falle ein Stromkreis geschlossen
wird, der eine Inbetriebsetzung dieses Xlotors im Sinne einer weiteren Schließung
des genannten Ventils zur Folge hat. Die Kontaktstücke 5 und 6 sind bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel auf Armen; und 8 angebracht, die wiederum an einem Hebelteil
9 sitzen, an welchem eine isodromwirkende Rückführuligseinrichtung angreifend zu
denken ist. Der Zeiger .I ist an einem Ritzel io
befestigt, das
im Punkt ii drehbar gelagert ist. Das Ritzel io steht im Eingriff mit einem Zahnkranzsegment
12, das von einem Arm 13 getragen wird, der in einem Punkte 14 schwenkbar gelagert
ist. Der Arm 13 trägt einen Zapfen 15, um den sich ein weiterer Arm 16 drehen kann.
In den Punkten 17 und 18 werden die Verstellbewegungen auf den' Regler zur Einwirkung
gebracht, die den Te peraturänderungen in den Punkten i und z` entsprechen und durch
Verwendung von Bourdonfedern o. dgl. von den Temperaturänderungen hergeleitet werden.
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Die Wirkungsweise der dargestellten Einrichtung ist folgende: Nimmt
man an, daß die Kesselbelastung gesteigert wird, so erhöht sich mit zunehmender
Brennstoffzufuhr die Wärmeentwicklung an der Feuerstelle des Kessels und verstärkt
sich damit von der Feuerstelle nach dem Kesselaustrittsende fortschreitend allmählich
die Beheizung der im Rauchgasstrom aufeinanderfolgenden Heizflächenteile. Erhöht
sich in diesem Falle zunächst die Temperatur im Punkte i, so wird damit der Punkt
17 des Hebels 16 nach links gezogen, während der Punkt 18, solange die Temperatur.
im Punktet keine Veränderung erfährt, festgehalten wird. Es ergibt sich damit schließlich
eine Lage der Reglerteile, wie sie Fig. 3 erkennen läßt. Infolge des entgegen dem
Uhrzeigersinn auswandernden Hebels 13 führt das Ritzel io hierbei eine Bewegung
im Uhrzei.gersinn aus, wodurch der Kontaktzeiger 4 -auf den Kontakt 5 aufläuft und
der Verstellmotor für das Ventil v (Fig. i) im Sinne einer weiteren Öffnung dieses
Ventils und damit einer vermehrten Kühlflüssigkeitszufuhr in Betrieb gesetzt wird.
Vermindert sich infolge der erhöhten Kühlmittelzufuhr die Temperatur im Punkte 2,
so beginnt jetzt derPunkt 18 nach rechts auszuwandern, wobei der Punkt 17 festgehalten
wird. Damit wird der Hebelarm- 13 .im Uhrzeigersinn um den Punkt 14 zurückgedreht.
Diese rückläufige Bewegung findet in dem Augenblick ihr Ende, wo die Punkte 14,
15 und i i wieder auf einer Geraden liegen und der Zeiger 4 wieder seine neutrale
Stellung zwischen den beiden Kontaktstücken 5 und 6 einnimmt. Wie aus Fig. 4 hervorgeht,
tritt nach den vorangegangenen Hebelablenkungen die Wiederherstellung des Regelgleichgewichtes
bei einer veränderten Lage des Hebels 16 ein. Der Punkt 18 liegt nicht mehr wie
ursprünglich (Fig. 2) auf der Verbindungsgeraden der Punkte 14,15 und i i, sondern
um ein gewisses Stück rechts davon. Diese Abweichung von der Ursprungsstelle besagt,
daß der Regler, nachdem alle Teile wieder zur Ruhegekommen sind, jetzt eine Solltemperatur
für den Punkt 2 eingeregelt hat bzw. üterwacht, deren Wert um.einen- gewissen Betrag
niedriger ist als vordem. Wie leicht zu übersehen ist, kann man dieses Maß der Sollwertanhebung
und -senkung durch geeignete Wahl des Verhältnisses der Hebelarme -x und y (Fig.
2) beeinflussen. Im vorliegenden Falle ist dieses Hebelverhältnis so gewählt zu
denken, daß- die Absenkung der :-Solltemperatur im Punkte .2 so groß ist, daß :`riie
Temperatur im Punkte 3 der Anlage nach .Beendigung des Regelspieles wieder den Wert
aufweist; den sie vor der Störung des Regelgleichgewichtes hatte.
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Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, das Verhältnis der Hebelarme
x und y veränderbar zu machen. Das empfiehlt sich schon deshalb, weil hierdurch
die erstmalige Einstellung der Regeleinrichtung auf die Verhältnisse der Kesselanlage,
für die sie aufgestellt ist, leicht und schnell möglich wird. Darüber hinaus kann
eine solche Einstellvorrichtung aber auch nach der erstmaligen Einregelung noch
von Wert sein, nämlich dann, wenn durch irgendwelche Umstände der Heizflächenteil
b irgendwann eine Änderung der Wärmebeaufschlagung von seiten der Heizung erfährt,
die nicht auf eine Änderung der Kesselbelastung zurückgeht. Ein solcher Fall tritt
beispielsweise dann ein, wenn beim Betrieb des Kessels zu einer anderen Brennstoffart
übergegangen wird, also beispielsweise eine Kohle verbrannt wird, die gasreicher
ist, wodurch eine Verlängerung des Brennweges und eine Erhöhung der Kesselabgastemperatur
entsteht.
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Ist des öfteren damit zu rechnen, daß eine kessellastunabhängige Veränderung
der Beheizung des Ileizflächenteiles b eintritt, so empfiehlt es sich, die Regelanlage
in der Weise weiter auszugestalten, daß der Temperatursollvvert im Punkte 2 zusätzlich
durch einen Regler r' (Fig. i) korrigiert wird, der den Sollwert im Punkte 2 bei
einem Anwachsen der Temperatur im Punkte 3 so weit vermindert und bei einem Sinken
der Temperatur im Punkte 3 so weit erhöht, daß letzten Endes die Temperatur im Punkte
3 stets auf dem ge-Wollten.Wert verbleibt.
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Hat man den Regler mit einer Hebelarmverstelleinrich.tung ausgerüstet,
so läßt sich die zusätzliche Sollwerttemperatur auf einfache Weise dadurch erreichen,
daß man den Regler r -dieses Hebelarmverhältnis verändern läßt.
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Wie das baulich beispi'elsweis'e -möglich .ist; ist in Fig. 5 angedeutet.
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Mit 13 ist wieder der Hebelteil bezeichnet, der an seinem einen Ende
das Zahnsegment 12 trägt und am anderen Ende auf dem Bolzen 14 drehbar gelagert
ist. In dem Hebel 13 ist ferner der Bolzen 15 gelagert. Auf diesen Bolzen ist auf
der einen Seite ein Kegelrad ig, auf :der anderen Seite ein Stirnrad 2o fest auf-
;;wetzt.
Ait dem Kegelrad i9 steht ein Kegelrad 2i, mit dem Rad 2o ein Zahnrad 22 im Eingriff.
Der Bolzen 15 dient zugleich noch als Lagerstelle für den Hebel 16 (vgl. auch 1#ig.
2 bis .I). Der Zapfen 23, auf den das Zahnrad 2-2 fest aufgesetzt ist, trägt in
seinem unteren Ende ein Schneckenrad 2d., in welches eine Schnecke 25 eingreift,
die von einem 1Iotor 26 in Umlauf gesetzt werden kann, der von dem Regler r' (Fig.
i) gesteuert wird. Das Kegelrad 2i sitzt fest auf einer Welle 27, die gegen seitliches
Verschieben gesichert ist und gegen Ende hin zwei Gewindeteile 28 und 29
trägt. Auf diese spindelartigen Teile sind als Spindelmuttern Isulissensteine
30 und 31 aufgeschraubt, die die Zapfen 17 und 18 tragen. Diese Zapfen sind
wie bei den Fig. 2 und 4. die Angriffspunkte der beiden Temperaturnießgeräte, die
die Temperaturen an den Punkten i und 2 (Fig. i) messen.
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Ändert sich durch irgendwelche Umstände die Temperatur im Punkte 3
(Fig. i ). so ist das ein Zeichen dafür, daß das Hebelarrnverhältnis _i-: y, dementsprechend
der Regler r den Temperatursollwert im Punkte 2 in @bh ängikeit von der Temperatur
des Punktes i einstellt, künftighin auf einen veränderten Wert eingestellt werden
muß. Diese Veränderung des Hebelarmverhältnisses wird mit Hilfe des Motors 26 und
der in Fig. 5 weiterhin dargestellten 1Jittel von dem Regler r' (Fig. i ) durchgeführt.