Dampferzeuger, bei welchem die Zustandsänderung des Arbeitsmittels in einem Rohrsystem erfolgt. Dampferzeuger, bei welchen die Zustands änderung des Arbeitsmittels in einem Rohr system erfolgt, und bei denen die Regulie rung der Menge des zuzuführenden Brenn stoffes und des Arbeitsmittels auf Grund der Dampftemperatur am Austritt aus dem Rohr system erfolgt, haben den Nachteil,
dass die Temperaturänderungen des Arbeitsmittels am Austritt gegenüber den sie verursachen den Änderungen der Vorgänge im Rohr system selber eine so grosse zeitliche Verzöge rung aufweisen. dass eine erfolgreiche und be triebssichere Regulierung solcher Dampf erzeuger nicht erreicht werden kann und ein starkes Schwanken des Zustandes des aus tretenden Dampfes nicht zu vermeiden ist.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieses Nachteils und besteht darin, dass die Regelung der Zuführung mindestens eines Teils des Arbeitsmittels, oder des Brenn stoffes, oder beider zusammen in Abhängig keit von der Temperatur des Arbeitsmittels an einer Stelle vor dem Austritt aus dem Dampferzeuger erfolgt.
Einige Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes sind auf der Zeichnung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Dampferzeuger, bei welchem die Zuführung des Brennstoffes in Abhängigkeit von der Arbeitsmitteltempera- tur im Rohrsystem reguliert wird; Fig. 2 stellt ein Diagramm des Tempera turverlaufes im Rohrsystem bei verschiede nen Betriebsverhältnissen dar; Fig. 3 veranschaulicht einen Dampf erzeuger, bei welchem die Zuführung des Arbeitsmittels in Abhängigkeit von der Ar- beitsmitteltemperatur im Rohrsystem regu liert wird;
Fig. 4 veranschaulicht eine Ausführungs art, bei welcher die Zuführung des Arbeits mittels und die Zuführung des Brennstoffes in Abhängigkeit von der Arbeitsmitteltempe- ratur im Rohrsystem reguliert werden; Fig. 5 stellt ein weiteres Beispiel dar, bei welchem eine zusätzliche Menge des zu spei senden Arbeitsmittels in Abhängigkeit von der Temperatur des Arbeitsmittels im Rohr system reguliert wird.
Schliesslich ist aus Fig. 6 eine Tempera- turaufnehmer-Vorrichtung zur Regulierung der Zuführung des Kraftmittels für die Kraftmaschine der Fördervorrichtung zu er sehen.
Dem im Brennraum 1. (Fig. 1) angeordne ten Rohrsystem 2 wird das Arbeitsmittel durch die Leitung 3 zugeführt, währenddem der erzeugte Dampf durch die Leitung 4 zu den Verbrauchsstellen abgeführt wird. Durch eine Leitung 6 wird der Brennstoff und durch eine weitere Leitung 7 die zur Ver brennung notwendige Verbrennungsluft dem Brenner 5 zugeführt. Die Verbrennungsgase werden durch den Kanal 8 abgeführt. Die Zuführung des Arbeitsmittels wird durch ein Ventil 9, die Zuführung des Brennstoffes durch ein Ventil 10 und die Entnahme des erzeugten Dampfes durch ein Ventil 1.1 regu liert.
An der Stelle 1.6 ist eine Temperatur aufnehmer-Vorrichtung 17 in das Rohr system 2 eingebaut, welche die Temperatur des an dieser Stelle durchfliessenden Arbeits- mittels aufnimmt und in Abhängigkeit von der aufgenommenen Temperatur einen Im puls weiter leitet, der zur Betätigung von Steuerorganen angewendet wird.
Die Arbeitsweise dieses Dampferzeugers geht aus dem durch die Fig. 2 dargestell ten Diagramm hervor, in welchem auf der waarechten Achse die Länge 1 des Rohr- svstems 2 zwischen der Eintrittsstelle E und der Austrittsstelle < $ aufgetragen ist, wäh rend auf der senkrechten Achse die jeweilige Temperatur des Arbeitsmittels an den be treffenden Stellen im Rohrsystem 2 auf tragen ist. Durch die ausgezogen ge zeichnete Kurve 12 ist der Beharrungszu stand im P,,ohrsystem 2 dargestellt.
Zuerst wird das noch flüssige Arbeitsmittel zwi schen dem Eintritt E und dem Punkt 13 bis auf die Verdampfungstemperatur V erwärmt und vor- hier bis zum Punkt 14 vollständig in Sattdampf, welcher keine Flüssigkeit mehr enthält, übergeführt. Die Temperatur des Arbeitsmittels wird dabei dem Druck abfall des fliessenden Arbeitsmittels entspre chend auch von einem etwas höheren Wert bei beginnender Verdampfung auf einen etwas niedrigeren Wert bei vollständiger Verdampfung abfallen. In der Folge wird dieser Sattdampf bis zum Austritt aus dem Rohrsystem (Punkt 15) auf die Temperatur U überhitzt.
Bei diesen Zustandsänderungen des Arbeitsmittels zwischen Eintrittsstelle und Austrittsstelle verteilt sich ungefähr die aufgenommene Wärmemenge zu 3,f1" auf die Erwärmung des flüssigen Arbeitsmittel, zu e'1" auf die Verdampfung und endlich zii auf die Überhitzung.
Wird eine Erhöhung der Verdampfungs- leistung eingestellt, die zugeführte Menge deg flüssi(Yen Arbeitsmittels also vergrössert. so ändern sich die Temperaturen des Ar beitsmittels im Rohrsystem 2 entsprechend dem durch die Kurve 12a veranschaulichten Verlauf. Der Verda.mpfungsanfang des Ar beitsmittels ist gegenüber dem ursprüng lichen Punkt 13 auf einen vom Arbeits mittel später erreichten Punkt 13a verscho ben worden.
Ebenso ist auch der ursprüng liche Punkt 14, an welchem die Verdam p- fung des Arbeitsmittels vollständig erfollgt ist, auf den Pixnht 11-a verschoben.
Die für die Überhitzung des Arbeitsmittels notwen dige Wärmemenge ist nun gegenüber der für die Erwärmung und für die Verdampfung nötigen Wärmemenge so gering, dass die in der Rohrwandung gespeicherte Wärmemeng,- während längerer Zeit genügt, um das Ar beitsmittel bis an seinen Austritt beim Punkt 15a dennoch a,iif die Überhitzungstemperatur U zu erwärmen.
Wenn also bei dieser Lei stungserhöhung wohl eine grössere Menge des Betriebsmittels zugeführt wird, sind die Temperaturänderungen am Austritt aus dejn Rohrsystem selbst infolge des grosscli Wärmeinhaltes und des geringen Wärme bedarfes für die Überhitzung nur ganz un wesentlich; im Innern des Rohres jedoch fin den wohl grössere Temperaturschwankungen statt.
Erst nach einer längeren Zuführung einer vergrösserten Arbeitsmittelmenge ist der Wärmeinhalt des Rohrsystems auch am Ende des Systems zwischen den Punkten 14 und 15 vollständig aufgezehrt, so dass die Tem peratur des austretenden Dampfes sprung haft auf die Sättigungstemperatur fällt. Der neue Verlauf der Temperatur des Arbeits mittels im Innern des Rohres ist für diesen Fall durch die Kurve 12b dargestellt. Die beiden Punkte 13 des Verdampfungsbeginnes und 14 der vollständigen Verdampfung sind noch weiter gegen den Austritt aus dem Rohrsystem an die Punkte 13x> und 14b ver schoben.
Das flüssige Arbeitsmittel und das zwischen 13b und 14b befindliche Gemisch von Flüssigkeit und Dampf entzieht aus den Rohrwandungen eine so grosse Menge der ge speicherten Wärme, dass der Rest nicht mehr ausreicht, den Dampf vom Punkt 14b auf die notwendige Temperatur U zu überhitzen, wodurch diese sprunghafte Änderung der Dampftemperatur vom Punkt 15a auf den Punkt 15b am Austritt unvermeidlich ist,
so dass im nächsten Augenblick nur noch Saudampf oder sogar mit Flüssigkeits teilchen gemischter Saudampf aus dem Ver dampfer austritt. Dieser sprunghafte Tem peraturabfall hat natürlich die verschieden artigsten Nachteile zur Folge. So können zum Beispiel durch diesen Dampf getriebene Kraftmaschinen durch die rasche Tempera turänderung und durch mitgerissene Wasser teilchen Schaden leiden. Aber auch der Bau stoff des Dampferzeugers selbst leidet durch den raschen Temperaturabfall, sei es durch innere Gefügeänderungen oder durch die ent stehenden Temperaturspannungen.
Bei einer Leistungsverminderung des Dampferzeugers wird diesem weniger Ar beitsmittel zugeführt. Diese kleinere Menge vrird rascher erwärmt, ihr Zustand folgt der Kurve 12c, wobei Anfang und Ende der Ver dampfung von den ursprünglichen Punkten 13 und 14 auf die neuen Punkte 13e und 14c verschoben werden.
Der geringe Wärme übergang und die geringe Wärmeaufnahme des Dampfes von dem Punkt 14c bis an den Punkt 15c am Austritt aus dem Rohrsystem vermag dabei in der Temperatur der Rohr wandung, in welcher eine grosse Wärme menge aufgespeichert ist. vor Ablauf einer längeren Zeit keine nennenswerte Verände rung zu verursachen, so dass die Temperatur des Dampfes beim Austritt aus dem Dampf erzeuger sich nur um ein verschwindendes Mass von Punkt 1.5 auf den neuen Punkt 15(' erhöht.
Erst nach einer längeren Zeit wird sich auch beim Austritt am Rohrsystem, ähnlich wie bei Belastungserhöhung, eine Veränderung der Temperatur bemerkbar machen, welche dann aber sehr rasch vor sich gellen kann und die Temperatur in kürzester Zeit auf ein für das Rohr gefährliches Mass erhöht. Diese Schwankungen haben ausser dem einen sehr ungleichförmigen Betrieb der angetriebenen Kraftmaschine und der durch diese angetriebenen Arbeitsmaschine zur Folge.
Erfindungsgemäss wird nun die ganze oder teilweise Zuführung des Arbeitsmittels oder des Brennstoffes oder beider zusammen in Abhängigkeit. von der Temperatur des Ar beitsmittels an einer Stelle vor dem Austritt aus dem Rohrsystem 16 (Fia. 1 und 2) regu liert.
Wie aus dem Diagramm zu ersehen ist, ist diese Temperaturempfangsstelle vorteil- hafterweise kurz nach der vollendeten Ver dampfung im Rohrsystem 2 an der Stelle 16 vorgesehen, da wo im Rohrsystem schon kurz nach den Belastungsänderungen grosse Tem peraturschwankungen eintreten, um eine wirksame und rasche Regulierung des Betrie bes des Dampferzeugers davon ableiten zu können.
Die Nachteile der bisherigen Dampf erzeuger, bei welchen die Verdampfung in einem Rohrsystem und die Regulierung auf Grund der Temperaturmessungen des aus tretenden Dampfes erfolgen, bei denen in folge grosser zeitlicher Verschiebungen. der ganze Regulierungsvorgang derartigen Schwankungen unterworfen ist, dass ein praktischer Betrieb beinahe unmöglich ist, werden dadurch vermieden. Demgegenüber bietet die gemäss der Erfindung vorgeschla gene Regulierung den Vorteil, dass die Tem- peratur des erzeugten Dampfes praktisch kei nen Schwankungen mehr unterworfen und überdies leicht einzustellen ist.
Die bauliche Durchführung der Erfin dung geht beispielsweise aus der Fig. 1 her vor. Im Rohrsystem 2 ist an der Stelle 16 ein Thermoelement 17 eingebaut, dessen Ströme ein Mass für die Temperatur des Ar beitsmittels darstellen. Durch die Leitung 14 werden die Ströme auf den Servomotor 19 übertragen, welch letzterer nach Massgabe dieser Ströme das Zuführungsventil 10 für den Brennstoff steuert.
Wenn die Arbeits- mitteltemperatur an der Stelle 16 sich erhöht, -wird dem Brenner<B>5</B> durch Schliessen des Ventils 10 weniger und beim Sinken der Temperatur mehr Brennstoff zugeführt, wo durch die Temperatur wieder auf ihren ur sprünglichen Wert gebracht wird.
Fig.3 zeigt einen Dampferzeuger, bei -welchem im Gegensatz zu Fig. 1 die Arbeits- mittelmenge in Abhängigkeit von der Ar beitsmitteltemperatur an der Stelle 16 regu liert wird. Der von dem Thermoelement 17 gesteuerte Servomotor 19 verstellt seinerseits das Ventil 9 in der Zuleitung 3 für das Ar beitsmittel derart, dass bei einer Erhöhung der Arbeitsmitteltemperatur an- der Stelle 16 das Ventil 9 geöffnet wird und umgekehrt bei Temperaturerniedrigung dieses Ventil ge schlossen wird.
Durch diese Regulierung wird ebensogut wie in Fig. 1 eine unverän derliche Temperatur des aus dem Rohrsystem 2 austretenden Dampfes erreicht.
Der in Fig. 4 dargestellte Dampferzeuger wird anstatt durch ein Thermoelement 17 (Fig. 1) unmittelbar durch die infolge Tem peraturänderungen verursachten Längen änderungen des Rohrsystems 2 reguliert. An zwei Stellen (25 und 26) vor dem Austritt -wird das Rohrsystem in einer durch die Fig. 4 beispielsweise dargestellten Form aus dem Verbrennungsraum heraus geführt. Die durch Änderungen der Temperaturen des durchfliessenden Arbeitsmittels entstehenden Längenänderungen des Rohrstückes 31 zwi schen den Stellen 2,5 und 26 dienen zur Steuerung der beiden Ventile 9 und 10.
An der Stelle 25 ist das Rohrstück 31 mit einer festen Unterlage verbunden, so dass es an die ser Stelle nicht beweglich ist. Der Hebel 29 ist durch das Gelenk 2 7 mit der Stelle<B>25</B> und an der Stelle 2-6 ist das Gestänge 30 durch das Gelenk 28 mit dem Rohr 31 ver bunden, so dass bei der Erhöhung der Ar beitsmitteltemperatur im Rohr 31 das Gelenk 28 nach unten verschoben und der Hebel 29 in die gestrichelt gezeichnete Stellung<B>299</B> verstellt wird. Das Gestänge 32 des Ventils 9 wird dadurch nach unten verschoben (32a) und das Ventil 9 für die Zuführung des :@r- beitsmittels geöffnet.
Der um den festen Drehpunkt 33 drehbare Hebel 34 wird dabei in die gestrichelt gezeichnete Lage 34a und das Gestänge 35 in eine höhere Lage 35a ver stellt, so dass das Ventil 10 für die Zufüh rung des Brennstoffes geschlossen wird. Bei dieser vermehrten Zuführung von flüssigem Arbeitsmittel durch die Leitung 3 und der verminderten Zuführung von Brennstoff durch die Leitung 6 wird die Temperatur des im Rohrsystem ? fliessenden Arbeitsmittel solange erniedrigt,
bis zwischen den Stellen 25 und 26 dieses Systems die normale Be triebstemperatur sich wieder eingestellt hat und dadurch die Ventile 9 und 10 wieder in ihre ursprüngliche Betriebsstellung zurück- verstellt worden sind.
Bei einem Sinken der Temperatur des Ar beitsmittels im Rohrstiick 31 werden die Ventile 9 und<B>10</B> in umgekehrter Weise so --erstellt, dass einerseits die Zuführung des Arbeitsmittels verkleinert, anderseits die Zu führung des Brennstoffes vergrössert und da durch im Rohrsystem 2 die Temperatur wie der bis auf ihre normale Höhe gehoben wird.
Im Beispiel der Fi < g. 5 wird der Brenn stoff vermittelst einer Pumpe 40 dem Bren ner 5 zugeführt und die Hauptmenge des Arbeitsmittels vermittelst einer Pumpe 41 durch die Leitung 3 in das Rohrsystem 2 ge fördert. Beide Pumpen 40 und 41 werden ge meinsam von derselben Kraftmaschine 42 angetrieben. so dass deren Fördermengen im mer in einem bestimmten. Verhältnis.zueinan- der stehen. Ausserdem wird durch eine Hilfs pumpe 43 eine zusätzliche Menge Arbeits- mittel in das Rohrsystem 2 eingeführt.
Die Hilfspumpe 43 wird von einer besonderen Kraftmaschine 44 angetrieben und durch die Temperatur des verdampften Arbeitsmittels im Rohrsystem vor dem Austritt derart ge steuert, dass sie bei erhöhter Arbeitsmittel temperatur im Rohrsystem 2 eine grössere Menge und umgekehrt bei erniedrigter Tem peratur eine kleinere Menge zusätzlichen Ar beitsmittels fördert.
Die grobe Regulierung dieses Dampf erzeugers erfolgt durch die Änderung der Drehzahl der Kraftmaschine 42, welche die Hauptspeisepumpe 41 und die Brennstoff pumpe 40 treibt.
Die Feinregulierung auf unveränderliche Dampftemperatur (am Austritt) kann bei spielsweise so ausgeführt sein, dass zwischen zwei Stellen 45 und 46 des Rohrsystems 2 eine Umgehungsleitung 47 eingeschaltet ist, in welcher eine Reguliervorrichtung nach Fig. 6 eingebaut ist. Im Innern des Rohres 47 ist ein zweites Rohrstück 48 aus einem andern Baustoff und mit engerem Quer- schnitt derart eingebaut, dass es mit seinem einen Ende 49 vermittelst des durchbohrten Körpers 50 unbeweglich mit der Leitung 47 verbunden ist, währenddem an seinem an dern Ende 51 ein Gleitschuh 52 befestigt ist.
Der Baustoff der beiden Rohre 47 und 48 ist so gewählt, dass der Wärmedehnungs- koeffizient beider Rohre 47 und 48 verschie den ist (zum Beispiel Messing und Eisen), so class zum Beispiel bei Erhöhung der Tempe ratur des durch das Rohr 48 und die Bohrun gen 54 durchgehenden Arbeitsmittels das Rohr 48 relativ gegenüber dem Rohr 47 ver längert wird und umgekehrt bei Erniedri gung der Arbeitsmitteltemperatur relativ ver kürzt wird.
Der Gleitschuh 52 gleitet eng anliegend auf der innern Rohrwand der Um gehungsleitung 47 und schliesst bei relativer Verkürzung des Rohres 48 gegenüber dem Rohr 47 die Zweigleitung 53 ab, öffnet je doch diese bei relativer Verlängerung des Rohres 48 gegenüber dem Rohr 47.
Die -Kraftmaschine -14 der Hilfsspeise- pumpe 43 (Fig. 5) ist als Dampfkraft- maschine ausgebildet und wird durch den Dampf, der durch die Abzweigleitung 53 aus der Umgehungsleitung -17 abgezapft wird (Fig. 4 und Fig. 5), betrieben.
Bei Erhöhung der Arbeitsmitteltemperatur in der Um gehungsleitung 47 erhält also die Kraft maschine 44 eine grössere Iira.ftmittelmenge. so dass sie schneller läuft und die Pumpe -13 daher eine grössere Menge zusätzlichen Ar beitsmittels in das Rohrsystem 2 fördert. Entsprechend wird bei Verkleinerung der Temperatur in der Umgehungsleitung 47 die Drehzahl der Pumpe 43 verkleinert, so dass eine kleinere Neuge zusätzlichen Arbeits- mittels dem Rohrsystem 2 zufliesst. Die Ar beitsweise dieses Dampferzeugers ist derart.
dass die Regelung auf unveränderliche Dampftemperatur am Austritt A aus dem Dampferzeuger durch Veränderung der durch die Pumpe 43 geförderten Teilmengen des Arbeitsmittels in Abhängigkeit von der Tem- peraturaufnehmer-Vorrichtung (47. 48, 52) und die Regelung auf Belastungsänderung des Dampferzeugers durch Veränderung der durch die Pumpe 41 geförderten Hauptmenge des Arbeitsmittels und der durch die Brenn stoffpumpe 40 geförderten ssrennstofftnenze erfolgt.
Die Regulierung dieses Dampferzeugers kann auch so erfolgen, dass die Fördermenge der Pumpe 41 für die 1-Tauptmenge des Ar- beitsmittels auf eine bestimmte Belasten--, zum Beispiel auf die kleinste Belastung, un veränderlich eingestellt wird und die Be lastungsschwankungen durch die zusätzliche Hilfsmenge des Arbeitsmittels gedeckt und zugleich reguliert werden.
Die zusätzliche Hilfsmenge des Arbeits mittels kann auch an einer zweiten Stelle. nach der Einführung der Hauptmenge des Arbeitsmittels, zum Beispiel an der Stelle 60 (Fig.5) durch die gestrichelt gezeichnete Leitung @61 in das Rohrsystem eingeführt werden, was den Vorteil einer noch genaue ren und noch rascheren Regulierung bietet. Die Regulierung des Dampferzeugers kann natürlich auch anstatt in Abhängig keit von der Temperatur an der Stelle 16 (Fig. 2), an welcher das Arbeitsmittel bereits schon vollständig verdampft ist, auch auf Grund der Temperatur, zum Beispiel der Stelle 16a, an welcher das Arbeitsmittel noch flüssig ist, erfolgen.
Wesentlich ist dabei, dass diese Temperaturaufnahmestelle vor dem Austritt, an einer Stelle, wo die zeitliche Temperaturverzögerung auf die Regulierung nur von untergeordnetem Einfluss ist, ge legen sei. Die bauliche Ausführung der Erfin dungsidee kann unabhängig von den erwähn ten beispielsweisen Ausführungen beliebig gestaltet werden. An Stelle der beschriebenen Temperaturaufnehmer-Vorrichtungen können a 'h beliebi-e andere Ausführungen solcher ue <B>C</B> Vorrichtungen angewendet werden.
Die Re gulierung der Fördermengen kann durch Drehzahlregelung der Fördermaschinen, durch Veränderung des Hubes, oder des schädlichen Raumes, oder durch Umgehungs ventile oder Drosselventile oder Ablassventile usw. erfolgen. Der Dampferzeuger kann an statt mit flüssigem Brennstoff auch mit gas förmigem, festem oder staubförmigem Brenn stoff geheizt werden. Die Regulierung der Zuführung dieser Brennstoffe erfolgt als dann ebenfalls im Sinne der Erfindung. Als Arbeitsmittel kann jede Flüssigkeit, welche für die Verdampfung geeignet erscheint, ver wendet werden. Schliesslich kann die Erfin dung auch Anwendung auf 31ehretoffma- schinen finden.