Dampfanlage mit einem Dampferzeuger, bei dein die Zustandsänderungen des Arbeitsmittels in einem langen Rohrstrang stattfinden. Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampfanlage mit einem Dampferzeuger, bei dem die Zustandsänderungen des Arbeitsmit tels in mindestens einem Ruhrstrang statt finden, dessen Länge mindestens 10'000 mal grösser als der innere Rohrdurchmesser ist.,
und die im Rohrstrang sich abspielenden Vorgänge durch ein zwischen der Verdamp- fungszone und den Verbrauchsstellen an geordnetes Durchflussorgan vergleichmässigt werden. Die Erfindung besteht darin, dass das Durchflussorgan nicht in Abhängigkeit vom Druck des Arbeitsmittels, sondern in Abhängigkeit von einer im Zusammenhang mit dem Druck des Arbeitsmittels sich än dernden Betriebsgrösse der Dampfanlage ge regelt wird.
Als Betriebsgrössen der Dampfanlage, welche im Zusammenhang mit dem Druck sich ändern, können zur Regelung des Durch flusses verwendet werden: die Temperatur des Arbeitsmittels oder der Unterschied zwi schen den Temperaturen des Arbeitsmittels an mindestens zwei Stellen des Rohrstranges, die Strömungsgeschwindigkeit, der Unter schied zwischen den Drücken des Arbeits- mittels an mindestens zwei Stellen.
Der Durchfluss kann auch in Abhängigkeit von der Brennstoffzufuhr, der Luftzufuhr zur Feuerung, oder von der Speiseflüssigkeits- zufuhr geregelt werden. Es können weiter auch Betriebsgrössen der Maschinenanlage, zum Beispiel der Dampfkraftmaschine oder der von der Dampfkraftmasühine angetrie benen Maschine zur Regelung herangezogen werden. Schliesslich lässt sich auch der Zu stand der Rauchgase zur Regelung verwen den.
Das den Durehflussquersohnitt verän dernde Organ kann entweder im Rohrstrang des Dampferzeugers selbst oder ausserhalb desselben in der Dampfleitung zwischen der Verdampfungszone des Dampferzeugers und .den Verbrauchsstellen angeordnet sein.
Die zur Regelung herangezogenen Betriebsgrössen können entweder solche sein, die sieh in Ab hängigkeit vom Druck verändern oder sol che, die den Druck selbst ändern. Verschiedene Beispiele des Erfindungs gegenstandes sind auf der Zeichnung sche- matisch zur Darstellung gebracht.
In, allen Figuren ist :der Rohrstrang des Dampferzeugers mit 1 bezeichnet. Das Ar beitsmittel wird ihm am einen Ende durch die Speiseleitung 2 als Speiseflüssigkeit zu geführt und am andern Ende durch die Dampfleitung 3 entnommen und den Ver brauchsstellen zugeführt. Mit Hilfe des Durchflussorganes 4 werden die im Rohr strang 1 vor sieh gehenden Zustandsänderun gen des Arbeitsmittels vergleichmässigt. Die Beheizung
des Rohrstranges 1 erfolgt durch einen Brenner 5, :dem durch die Leitung 6 der Brennstoff und :durch die Leitung 7 die Verbrennungsluft zugeführt wird. Die bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase werden durch die Leitung .8 entweder zu wei teren Verbrauchsstellen, beispielsweise zu Gasturbinen oder unmittelbar ins Freie ge führt.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel wird das Durchflussorgan 4 in Abhängigkeit von der Temperatur des überhitzten Damp fes, welcher durch .die Leitung 3. zu den nicht eingezeichneten Nerbrauchestellen strömt, ge regelt.
Eine Erhöhung der Temperatur be- deutet eine Stauung des Arbeitsmittels und beeinflusst das Durchflussorgan 4 in ,der Weise, :dass- der Durchfluss-querschnitt ver grössert wird, so dass die Stauung des Ar- beitsmitteis aufgehoben wird. Ein ,Sinken -der Temperatur ergibt sich umgekehrt,. wenn :das Arbeitsmittel zu rasch strömt.
Das Durch flussorgan wird dann so beeinflusst, dass. :der Durchflussquersehnitt sich verkleinert und .das zu rasche Strömen des, Arbeitsmittels damit verhindert. Die Temperatur des Ar- beitsmittels wird durch einen Messapparat 9 gemessen, welcher über :
die angedeutete Linie 10 das Durchflussorgan 4 beeinflusst. Der Temperaturmessapparat 9 kann auch an einer andern Stelle des Rohrstranges bezw. :der Dampfleitung angeordnet sein. In ge- wissen Fällen wird die Verlegung des Ap parates in den Rohrstrang des Dampferzeu gers, beispielsweise in die Überhitzungszone sich empfehlen.
Der Messapparat kann aber auch in der Dampfleitung nach :dem Durch flussorgan 4 angeordnet sein.
Bei dem in Fig. 2. dargestellten Aus führungsbeispiel wird das Durchflussorgan 4 in Abhängigkeit vom Unterschied zwischen den Temperaturen des Arbeitsmittels an zwei verschiedenen Stellen des Rohrstranges geregelt sein. Ein .grösserer Temperaturunter schied ergibt sich zum Beispiel, wenn das Arbeitsmittel langsamer strömt und eine Stauung des Arbeitsmittels stattfindet.
Das Durchflussorgan soll dann durch die Regel verrichtung auf einen grösseren Durchfluss- querschnitt eingestellt werden, -damit :die Stauung des Arbeitsmittels aufgehoben wird. Umgekehrt ergibt sich bei einem kleineren Temperaturunterschied, da.ss das Arbeitsmit tel rascher strömt.
Es wird in diesem Fall der Durchflussquerschnitt des Organes 4 verkleinert, um die Strömung des Arbeits mittels nicht zu sehr zu beschleunigen. Zur Ausführung .dieser Regelung sind an zwei Stellen 11 und 12 Temperaturmessgeräte in den Rohrstrang 1 eingeschaltet, welche die Impulsgeber 13 und 14 beeinflussen. Letz tere verstellen dann durch ihren Einfluss den Impulsvereiniger 15,
der seinerseits den Durchflussquerschnitt des Durchflussorganes 4 nach Massgabe des gemessenen Temperatur unterschiedes verändert. Die Temperaturiness- geräte können auch an andern Stellen des Rohrstranges angeordnet sein, beispielsweise kann :das eine Gerät in der Dampfleitung sel ber angeordnet sein, während das andere im Rahrstraug des Dampferzeugers vorgesehen ist.
Das Durchflussorgan 4 kann unter Um ständen zwischen die beiden Messgeräte ein geschaltet sein. Es können auch die Unter schiede zwischen den Temperaturen an mehr als zwei Stellen zur Beeinflussung des Durchflussorganes verwendet werden.
Der Dampferzeuger nach Fig. 3 ver- äudert :den Durehflussquersehnitt des Or ganes 4 nach Massgabe der Strömungs- geschwindigkeit des Arbeitsmittels. Tritt eine geringere Strömungsgeschwindigkeit ein, so bedeutet :das. eine Stauung des Ar- beitsmittels. Der Durehflussquerschnitt wird dann vergrössert.
Eine Zunahme der Strö- mungsgeschwindigkeit zeigt anderseits eine unzulässige Beschleunigung der Arbeitsmit- telströmun,g an.
An der Stelle 16 ist ein Stück des Rohrstranges ausserhalb des Kes sels verlegt und ein Venturirohr 17 vor gesehen, welches auf den Impulsgeber 18 in der Weise einwirkt, dass der Durchflussquer- s.chnitt des Organes 4 bei erhöhter Ge schwindigkeit verkleinert und bei vermin- derter Geschwindigkeit vergrössert wird. Es wird dann im einen Fall eine Stauung des Arbeitsmittels und im andern Fall eine un zulässige Beschleunigung verhindert.
Das Messgerät zur Aufnahme der Arbeitsmittel- gesehwindigkeit kann anstatt vor dem Regel organ 4 zum Beispiel auch in der Dampf leitung bezw. in dem Teil des Rohrstranges angeordnet sein, welcher erst auf das Regel organ 4 folgt.
Der Dampferzeuger nach Fig. 4 wird da durch geregelt, dass ein Druckunterschied zur Erteilung von Steuerimpulsen für die Regel vorrichtung verwendet wird. Ein Druck unterschied ergibt sich zum Beispiel dann, wenn die Strömung des ArbeitsmitteIs sich verlangsamt, das.
heisst wenn eine Stauung eintritt. Der Durchflussquerschnitt des Or- ganes 4 ist dann zu vergrössern. Umgekehrt ergibt eine Zunahme .der Strömungsgeschwin digkeit auch einen Unterschied. Der Strö- mungsquerschnitt des Organes 4 ist- dann zu verkleinern. An zwei Stellen 19 und ?0 ist der Rohrstrang des Dampferzeugers mit je einem Druckaufnehmer 21 bezw. <I>22</I> verbun den.
Die beiden Druckaufnehmer beeinflus sen den Impulsvereiniger 23' in der Weise, dass bei einem zu grossen Druckunterschied der Durehflussquerschnitt des Organes 4 verkleinert und bei einem zu kleinen Druck unterschied der Durchflussquerschnitt ver grössert wird. Von den Druckaufnahmeorga- nen lässt sich das eine auch in der Dampf leitung selbst anordnen.
Eine weitere Möglichkeit, das Durchfluss- organ 4 zu. regeln, besteht darin, dass, wie in Fig. 5 gezeigt, mittelst einer Vorrichtung 34 ,die dem Dampferzeuger zugeführte Brenn stoffmenge gemessen wird. Eine grössere Brennstoffmenge erzeug: eine höhere Tem peratur im Brennraum des Dampferzeugers, die alsdann eine höhere Temperatur des Dampfes erzeugt. Damit hängt eine Druck erhöhung des Dampfes zusammen, die einer Stauung des Arbeitsmittels gleichkommt.
Es muss .demzufolge dann der Durchfluss,quer- schnitt des Organes 4 vergrössert werden. Die Zuführung einer verminderten Brennstoff menge verursacht eine Abnahme der Brenn raumtemperatur. Demzufolge vermindern sich auch die Temperatur und der Druck des Arbeitsmittels. Der Verminderung des Druckes bezw. der Temperatur des Arbeits mittels kann dann durch Verkleinexazng des Durchflussquerschnittes des Organes 4 be gegnet werden.
Das als Venturirohr ausgebil dete Messgerät 34 beeinflusst eine Impuls gabevorrichtung 35, die über die Leitung 36 das Durchflussorgan 4 so steuert, dass@ bei ver grösserter Brennstoffmenge .der Durühfluss- quersehnitt vergrössert und bei verkleinerter Brennstoffmenge der Durchflussquerschnitt verkleinert wird.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten Dampf erzeuger wird der Durehflussquerschnitt des Organes .1 in. Abhängigkeit von der der Feue rung zugeführten Verbrennungsluftmenge in gleicher Weise geregelt, wie beim Dampf erzeuger nach Fig. 5 in Abhängigkeit von der Brennstoffmenge. Die Zufuhr einer grösseren Luftmenge bedeutet eine Tempe raturerhöhung. In .dem Fall muss. .der Durch flussquerschnitt des Organes 4 .geöffnet wer den.
Umgekehrt ist bei einer Verkleinerung der Luftmenge der Durchflussquerschnitt des Organes 4 zu verkleinern. In die Luftleitung 7 ist zu diesem Zweck eine Drosselblende 3 7 eingeschaltet, welche im Luftstrom je nach der Geschwindigkeit einen bestimmten Druck abfall verursacht. Durch die Leitung 38 wird dann .der Druck vor der Drosselblende und durch die Leitung 3, der Druck nach der Drosselblende auf den Impulsgeber 40; über tragen, der über die Leitung 41 das Durch- flussorgan 4 im beschriebenen Sinne beein flusst.
Bei dem in der Fig. 7 gezeigten Dampf erzeuger wird der Durohflussquerschnitt des Organes 4 in Abhängigkeit von der Speise flüssigkeitsmenge verändert. Die Zufuhr einer grösseren Speiseflüssigkeitsmenge vor- ursacht einen höheren Druck und damit eine Stauung des Arbeitsmittels, wodurch eine Vergrösserung des Durchflussquerschnitts not wendig wird. Eine Verminderung der Speise flüssigkeitsmenge erniedrigt umgekehrt den Druck, wodurch eine Verkleinerung des Durchflussquerschnitts sich als notwendig er gibt.
Das in die Speiseleitung 2 eingeschal tete Venturirohr 42 beeinflusst in dem Fall den Impulsgeber 43 in der Weise, dass er über die Leitung 44 das Durchflussorgan 4 bei Vergrösserung der Speisemenge so beeinflusst, dass sein Durchflussquersehnitt vergrössert wird und umgekehrt bei Verminderung der Speiseflüssigkeitsmenge der Durchflussquer- schnitt verkleinert wird.
Bei dem in Fig. 8 dargestellten Dampf erzeuger wird der Durchflussquerschnitt des Regelorganes 4 in Abhängigkeit vom Betrieb der Dampfkraftmaschinenanlage verändert. Eine grosse Geschwindigkeit der Dampf- kraftmaschine 24 ergibt sich zum Beispiel, wenn im Hinblick auf die verlangte Leistung zu viel Dampf vorhanden ist. Der Dampf strömt dann im Rohrstrang des Dampf erzeugers zu rasch. Es muss deshalb der Querschnitt des Durchflussorganes 4 ver kleinert werden.
Eine geringe Geschwindig keit bedeutet anderseits einen Mangel an Dampf, das heisst eine zu geringe .Strömungs- geschwindigkeit. Es muss in diesem Fall der Durchflussquersehnitt für den Dampf ver grössert werden.
Der Geschwindigkeitsregler 25 beeinflusst in .dem Fall über die Impuls leitung 2f das Regelorgan 4 so, dass die Vorgänge der Zustandsänderung im Rohr strang 1 vergleichmässigt werden und Schwingungen der Strömung sich nicht ein stellen.
Selbstverständlich kann das Organ 4 auch von andern Betriebsgrössen der Kraft maschinenanlage 24, zum Beispiel in<B>Ab-</B> hängigkeit von einer Schieberstellung oder in Abhängigkeit von einem durch eine Pumpe erzeugten Flüssigkeitsdruck geregelt werden.
Bei einem Dampferzeuger, wie er in Fig. 9 dargestellt ist, wird das Durchflussorgan 4 in Abhängigkeit von einer Betriebsgrösse .der von der Dampfkraftmaschine angetriebe nen Maschine 27 in. gleicher Weise wie der Dampferzeuger nach F'ig. 8 in Abhängigkeit von einer Betriebsgrösse der Kraftmaschinen anlage 24 geregelt. Die Dampfkra.ftmaschi- nenanlage 24 kann beispielsweise eine Tur bine sein, die einen elektrischen Stromerzeu ger antreibt, der seine Energie in ein Lei tungsnetz 28 gibt.
In das letztere kann dann ein Leistungsmesser, zum Beispiel ein Watt meter 29, eingeschaltet sein, der über die Impulsleitung 30 das Regelorgan 4 bei gro sser Belastung öffnet und bei kleiner Be lastung schliesst.
Der Dampferzeuger nach Fig. 10 besitzt eine Regelung, bei der der Durchflussquer- schnitt des Organes 4 in Abhängigkeit vom Zustand,der Raucbga.se, zum Beispiel von der Rauehgastemperatur beeinflusst wird. Durch eine Erhöhung der Rauchgastemperatur wird eine Steigerung des Dampfdruckes verursacht. Es ergibt sich dann eine Stauung im Dampf erzeuger. Es ist daher notwendig, dass in dem Fall der Querschnitt des Durchflussorganes 4 vergrössert wird.
Umgekehrt wird eine Temperaturerniedrigung ein Sinken -des Druckes verursachen, dem durch Schliessen des Durchflussorganes 4 begegnet werden muss.. Im Rauchgaskanal 8 befindet sich zu diesem Zweck ein Temperaturmessgerät 31, welches beispielsweise als Thermoelement ausgebildet sein kann und den Impulsgeber 32 beeinflusst, der dann seinerseits über die Leitung<B>83,</B> den Durchflussquerschnitt des. Or- ganes 4 verstellt.
Bei höherer Temperatur öffnet sich der Durchflussquerschnitt und umgekehrt bei niedriger Temperatur wird der Durchflussquerschnitt verkleinert.
Die Lage des Durchflussorganes 4 ist an keine Vorschrift gebunden. Es kann zum Beispiel in die Überhitzungszone -des Rohr- etranges eingeschaltet sein; es kann aber auch an irgend einer andern Stelle der Dampfleitung vorgesehen sein. Die Ausbil dung des Dampferzeugers bleibt auch ohne Einfluss auf die Erfindung. Es können zum Beispiel statt eines einzigen, mehrere parallel geschaltete Rührstränge verwendet werden.
die sogar an bestimmten Zwischenstellen un ter sich miteinander vereinigt sein können. Das die Strömung beeinflussende Durchfluss- organ kann zum Beispiel für zwei oder meh rere Rohrstränge gemeinsam sein. Es kann aber auch für jeden einzelnen Rohrstrang ein besonderes Durchflussorgan vorgesehen sein.
In gewissen Fällen kann es sogar für die Erfindung von Vorteil sein, den Durchfl.uss- querschnitt des, Rohrstranges gegen das Aus trittsende hin zu erweitern, beispielsweise so, dass in einer näher dem Eintrittsende gelege nen Zone eine kleinere Anzahl parallel ge schalteter Rohre vorgesehen ist, als am Aus trittsende.
Für die Feuerung des Dampferzeugers kann jeder beliebige Brennstoff verwendet werden. Insbesondere kann der Druck, unter dem die Verbrennung des Brennstoffes vor sich geht, kleiner, gleich gross oder grösser als der Atmosphärendruck sein. Unter Um ständen kann auch dem Dampferzeuger durch andere Wärmeträger die Energie zu geführt werden, beispielsweise in Form hoch überhitzten Dampfes oder hoch überhitzter Gase oder in Form von hoch siedenden Flüs sigkeiten.
Die Ausbildung des Durchflussorganes kann ebenfalls beliebiger Art sein. Es kön nen beispielsweise Ventile vorgesehen sein; es können aber auch .Schieber zur Verwendung kommen. Durch die Vergleichmässigung der Vorgänge der Zustandsänderungen im Rohr strang wird der Vorteil erreicht, dass der Dampf zum Beispiel immer im gleichen Zu stand zu den Verbrauchsstellen .geführt wer den kann. Insbesondere wird der Nachteil verhütet, dass ein pulsierender Betrieb sich einstellt. Der Dampferzeuger kann auch mit beliebigen Dampfdrücken arbeiten.