Hochdruck-Dampferzeuger mit mindestens zwei Temperaturaufnahmevorrichtungen. Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochdruck-Dampferzeuger, bei welchem das Arbeitsmittel als Speiseflüssigkeit dem einen Ende eines Rohrsystems zugeführt und am andern Ende als überhitzter Dampf entnom men wird und mindestens eine den Betrieb beeinflussende Grösse durch mindestens zwei vom Arbeitsmittel nacheinander beeinflusste Temperaturaufnahmevorrichtungen verändert wird und besteht darin,
dass eine Tempe- raturaufnahmevorrichtung in der Erhitzungs- zone des Rohrsystems und eine andere Tem- peraturaufnahmevorrichtung in der Über hitzungszone angeordnet ist.
Es wurde schon vorgeschlagen, Betriebs grössen von Röhrendampferzeugern in Ab hängigkeit von der Temperatur des über hitzten Dampfes zu regeln. Beim Betrieb zeigte sich der Nachteil, da.ss die Regelung mit Verzögerungen arbeitet, weil das Ar- beitsmittel zum Durchströmen des Rohr stranges so viel Zeit benötigt, da.ss erst be trächtliche Zeit nach der Veränderung der Speiseflüssigkeitszufuhr und der Wärme- zufuhr die Vorgänge im Überhitzer beein flusst werden.
Betriebsvorgänge in Abhängigkeit von der Temperatur in der Verdampfungszone des Rohrstranges zu regeln, ist deshalb un möglich, weil das Arbeitsmittel bei jedem Betriebszustand unverähderlich die seinem Druck entsprechende Verdampfungstempera- tur aufweist.
ZÄreiter wurde schon in Vorschlag ge bracht, um Verzögerungen der Regelung und dadurch bedingte Pendelungen zu vermeiden, die Betriebsgrössen in Abhängigkeit von der Temperatur in der Erhitzungszone, da wo das Arbeitsmittel noch den flüssigen Zustand aufweist, zu regeln. Diese Regelung hat aber wiederum den Nachteil, dass alle Betriebs veränderungen, die nach der Verdampfungs- zone im Rohrstrang sich einstellen, bei der Regelung nicht berücksichtigt werden und der Zustand des Dampfes nicht unveränder lich bleibt.
Schliesslich wurde auch noch vorgeschla gen, zur Regelung von Betriebsgrössen meh- rere Temperaturaufnehmer im Rohrstrang nacheinander an verschiedenen Stellen der Überhitzungszone und gegebenenfalls der Verdampfungszone einzuschalten. Auch diese Regelungsanordnung weist den Nachteil auf, dass die Vorgänge am Anfang des Rohr stranges nicht berücksichtigt werden und die Betriebsgrössen mit erheblicher Verzögerung beeinflusst werden, so dass wiederum Schwan kungen und Pendelungen in der Regelung eintreten.
Wenn zur Regelung einer Betriebsgrösse nicht nur die Temperatur des Arbeitsmittels in der Überhitzungszone, sondern gleichzeitig auch noch die Temperatur in der Erhitzungs- zone herangezogen wird, werden Verzögerun gen und daraus entstehende Pendelungen ver mieden. Die Betriebsgrössen werden ohne Verzögerung den Veränderungen der Vor gänge im Rohrstrang angepasst und zu glei cher Zeit auch alle die Veränderungen der Vorgänge mitberücksichtigt, welche sich nachher in der Verdampfungs- und in der Überhitzungszone noch einstellen.
Vorteil hafterweise wird die vom flüssigen Arbeits mittel beeinflusste Temperaturaufnahmevor- richtung am Ende der Erhitzungszone und die vom überhitzten Arbeitsmittel beein- flusste Temperaturaufnahmevorrichtung am Anfang der Überhitzungszone angeordnet.
Die Erfindung ist mit Hilfe einiger in der Zeichnung vereinfacht dargestellter Aus führungsbeispiele näher erläutert.
Der in Fig. 1 dargestellte Dampferzeuger besteht aus einem Rohrstrang, dem am einen Ende 1 die Speiseflüssigkeit mittelst der Pumpe 2 zugeführt und der überhitzte Dampf am andern Ende 3 entnommen wird. Von der Einführungsstelle 1 bis zu einer in der ersten Hälfte des Rohrstranges gelegenen Stelle 4 wird das Arbeitsmittel auf die Ver- dampfungstemperatur erhitzt, in einem mitt leren Abschnitt des Rohrstranges von der Stelle 4 bis zu einer Stelle 5 verdampft und schliesslich im restlichen Abschnitt zwischen der Stelle 5 und der Stelle 3 überhitzt.
Zur Regelung der Dampftemperatur wird an einer Stelle<B>6</B> der Überhitzungszone durch die Pumpe 2' zusätzlich flüssiges Arbeits mittel zugeführt. Die Menge des zusätzlichen Arbeitsmittels wird mit Hilfe der Regelvor richtung 7 nach Massgabe der mittelst eines Aufnehmers 8 gemessenen Dampftemperatur. der in der Dampfleitung 9 eingeschaltet ist, verändert. Bei einer Erhöhung der Tempe ratur wird die zusätzliche Flüssigkeitsmenge vergrössert und umgekehrt bei einem Sinken der Temperatur verkleinert.
Die Beheizung des Rohrstranges erfolgt durch den Brenner 1,0, dem durch die Lei tung 11' der Brennstoff und durch die Lei tung 11 die Verbrennungsluft zugeführt wird. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase strömen durch die Leitung<B>12</B> zu weiteren Verbrauchsstellen, beispielsweise Wärmeaustauschern oder Abgasturbinen ode gegebenenfalls unmittelbar ins Freie. Die \ Veränderung der durch den Brenner zu geführten Wärmemenge kann beispielsweise von Hand oder selbsttätig, nach Massgabe einer Betriebsgrösse, beispielsweise der Be lastung, erfolgen.
Zur Regelung der Speiseflüssigkeits menge sind zwei Temperaturaufnahmevor- richtungen 13 und 14 herangezogen, von denen die eine Temperaturaufnahmevorrich- tung 13 am Ende der Erhitzungszone und die andere Temperaturaufnahmevorrichtung 14 am Anfang der Überhitzungszone an geordnet ist. Die Impulse der beiden Auf nahmevorrichtungen werden durch die Lei tungen 15 bezw. 16 auf eine Additionsvor richtung 17 übertragen.
In Abhängigkeit von den vereinigten Impulsen wird dann das die Speiseflüssigkeitsmenge beeinflussende Regelorgan 18 in der Speiseleitung gesteuert. Die Additionsvorrichtung kann Beispiels weise durch einen Steuerschieber und einen Servomotor gebildet sein, welche das in der Speiseleitung angeordnete Regelorgan 1$ in Abhängigkeit von den vereinigten Impulsen beeinflussen.
Für den in Fig. 1 dargestellten Dampf erzeuger kann beispielsweise die Regelvor richtung nach Fig.2 gewählt werden. Die beiden Temperaturaufnahmevorrichtungen 13 und 14 sind an dem in Fig. 2 nur teilweise dargestellten Rohrstrang 20 des Dampf erzeugers befestigt. Das die Speiseflüssig keitsmenge regelnde Organ 18 ist in die in Fig. 2 ebenfalls nur teilweise gezeichnete Speiseleitung 21 eingeschaltet.
Die beiden Temperaturaufnehmer 13 und 14 sind gleich ausgebildet. Es werden die zwischen den Stellen 22 und 23 nach Mass aa.be der Temperatur des durch den Rohr strang 20 strömenden Dampfes erfolgenden Längenausdehnungen zur Impulsgabe heran gezogen. An der Stelle 22 ist am Rohrstrang ein Stab aus einem Baustoff mit geringer Wärmeausdehnung befestigt, während an der andern Stelle 23 die die Temperaturimpulse auf das Steueröl übermittelnde Vorrichtung befestigt ist. An den Stab 24 ist ein Hebel 25 angelenkt, der an einem Steuerschieber 26 und an einem Steuermotor 27 angelenkt, gleichzeitig auch als Rückführung dient.
Durch die Leitungen 28 und 29 wird dem Temperaturaufnahmeorgan Arbeitsöl von un veränderlichem Druck zugeführt. Das über schüssige 01 strömt durch eine Leitung 30 wieder zu einer Sammelstelle. Die Tempe- raturaufna.hmevorrichtung 13 ist durch eine Leitung 31 und die Temperaturaufnahmevor- richtung 14 durch eine Leitung 32 mit der Addiervorrichtung 17 verbunden.
Die beiden Temperaturaufnehmer 13 und 14 sind in Mittelstellung gezeichnet, das heisst in einer Stellung, welche einem Be- barrungszustand der Anlage entspricht, bei dem keine Regelverstellungen eintreten. Steigt die Temperatur des Arbeitsmittels im Rohrstrang 20, so dehnt sich die Strecke zwi schen den Stellen 22 und 23 durch die Tem peraturerhöhung aus, der Stab 24 erfährt ,jedoch praktisch keine Veränderung, weil er einen kleinen Temperaturkoeffizienten auf weist. Der Schieber 26 wird deshalb bei vor läufig noch unveränderter Lage des Motor kolbens 27 nach aussen gezogen und der Weg des Drucköls aus der Leitung 28 durch die Bohrung 33 in den Zylinderraum 34 frei gegeben.
Der Motorkolben 27 wird deshalb nach rechts gedrückt und durch den Hebel 25 auch der Steuerschieber 26 wieder in seine ursprüngliche Mittellage zurückverstellt. So bald durch die Rückführungsbewegung die Verbindung zwischen der Leitung 28 und der Bohrung 33 wieder unterbrochen ist, wird kein weiterer Impuls erteilt, und der Motorkolben 27 bleibt an der neuen Stelle stehen.
Durch die Verschiebung des Motorkolbens 27 wird die Feder 34' gespannt und durch die erhöhte Spannung der Steuerschieber 35 nach rechts gedrückt. Zwischen der Leitung 29 und der Bohrung 36 des Schiebers 35 ent steht dann eine Verbindung, so dass die Druckflüssigkeit in den Raum 37 und von hier in die Leitung 31 gelangen kann. Der Druck im Raum 37 steigt dann und übt auf den Steuerschieber 35 wiederum eine erhöhte Kraft nach links aus, so dass dieser verscho ben wird, bis die Verbindung zwischen -der Leitung 29 und der Bohrung 36 wieder unterbrochen ist. Nach der Unterbrechung der Verbindung verbleibt die Regelvorrich tung dann wieder in Ruhe.
Fällt die Temperatur des Arbeitsmittels im Rohrstrang 20, so verkürzt sich auch die Rohrstrecke zwischen den Stellen 22 und 23, der Steuerschieber 26 wird bei vorläufig noch unveränderter Stellung des Motor kolbens 27 nach rechts gedrückt und zwi schen den Bohrungen 33 und 3,8 eine Ver bindung hergestellt. Aus dem Zylinderraum 34 strömt die Flüssigkeit in das Innere des Steuergehäuses und aus diesem durch die Ablaufleitung 30 in den Sammelbehälter. Durch die Feder 34' wird dann der Steuer kolben 27 nach links gedrückt und durch die Rückführung des Hebels 25 auch der Steuer- schieber 26 wieder in seine Mittellage ver schoben.
In der Mittellage bleibt die Regel vorrichtung in Ruhe.
Die Spannung der Feder 34' ist bei der Verschiebung des Steuerkolbens 27 vermin dert worden, so dass durch den im Raum 37 herrschenden Druck auch der Kolben 36 nach links verschoben wird. Dabei entsteht eine Verbindung zwischen den Bohrungen 36 und 39, so dass aus dem Raum 3 7 und aus der Leitung 31 Steuermittel in den Innenraum der Steuervorrichtung und von hier durch die Leitung 30 in den Sammelbehälter ab fliessen kann. Der Druck im Raum 37 sinkt dann, und durch die Feder 34' wird der Schieber 35 nach rechts gedrückt, bis die Verbindung zwischen den Bohrungen 36 und 39 wieder unterbrochen ist.
Es ergibt sich somit, dass die Druckver änderung des Steuermittels in den Leitungen 31 bezw. 32 verhältnisgleich den Verkür zungen bezw. den Verlängerungen der Rohr strecke zwischen den Stellen 22 und 23 sind und somit letzten Endes verhältnisgleich den durch die Vorrichtungen 13 bezw. 14 auf genommenen Dampftemperaturen ausfallen.
Der Steuervorrichtung 17 wird durch -die Leitungen 40 und 41 Druckflüssigkeit von unveränderlichem Druck zugeführt und die überschüssige Flüssigkeit durch die Leitun gen 42 und 43 wieder in den Sammelbehälter geführt. Die von der Temperaturaufnahme vorrichtung 13 erteilten Impulse werden durch die Leitung 31 auf einen Steuer schieber 44 geleitet, während die von der Temperaturaufnahmevorrichtung 14 erteilten Steuerimpulse über die Leitung 32 auf den Kolben 45 geleitet werden.
Der Steuerdruck in der Leitung 32 wird unmittelbar auf den Kolben 45 übertragen, welcher die Feder 46 in verhältnismässig gleichem Masse spannt. Bei Erhöhung des Druckes in der Leitung 32, das heisst Er höhung der von der Vorrichtung 14 auf genommenen Temperatur, wird der Steuer schieber 47 nach unten gedrückt und der durch die Leitung 40 zugeführten Druck flüssigkeit der Weg durch die Bohrung 48 in die Leitung 49 freigegeben, so dass der Steuerdruck in der Leitung 49 ansteigt. Um gekehrt wird bei einem Sinken des Druckes in der Leitung 32 durch eine entsprechende Regelbewegung im umgekehrten Sinn der Steuerdruck in der Leitung 49 in entspre chendem Masse gesenkt.
Der Druck in der Leitung 49 verändert sich somit - voraus gesetzt, dass durch die Aufnahmevorrichtung 13 keine Impulse erteilt werden - ver hältnismässig wie der Druck in der Lei tung 32.
Veränderungen des Druckes in der Lei tung 31 wirken auf den Steuerschieber 44; eine Erhöhung des Druckes lässt den Steuer schieber 44 ansteigen. Aus der Leitung 40 wird der Druckflüssigkeit der Weg über die Bohrungen 48 und 51 in die Leitung 52 frei gegeben, wodurch die Kolben 53 und 54 an gehoben werden. Durch die Rückführungs bewegung über das Gestänge 55, den Hebel 56 und das -Gestänge 57 wird die Spannung der Feder 58 erhöht, so dass der Kolben 44 wieder nach unten gedrückt und die Regel bewegung rückgeführt wird, das heisst zum Stillstand gelangt.
Während der Aufwärts bewegung des Kolbens 54 wird der Zylinder raum 59 vergrössert und der Druck der darin befindlichen Flüssigkeit nach Massgabe der Drosselung durch die Bohrung 60 ver kleinert. Die Druckverminderung wird über die Bohrung 61 in den Zylinderraum 62 übertragen und somit der Kolben 63 nach unten gezogen. Dadurch wird auch der Steuerschieber 47 nach unten geschoben, so dass aus der Leitung 40 über die Bohrung 48 der Weg freigegeben wird in die Leitung 49; der Druck der Steuerflüssigkeit in der Leitung 49 erhöht sich.
Nachdem der Kolben 54 wieder zum Stillstand gelangt ist, wird der Inhalt des Zylinderraumes 59 nicht mehr verändert, an der Bohrung 60 entsteht keine Drosselung mehr, so dass durch den Kolben 63 wieder der ursprüngliche Druck auf den Steuer schieber 47 ausgeübt wird.
Wird der Druck in der Leitung 31 er niedrigt, so stellt sich eine entsprechende Regelbewegung, jedoch mit umgekehrtem Bewegungssinn ein, so dass die Belastung des Steuerschiebers 47 durch den Kolben 63 wäh rend des Regelvorganges erniedrigt wird und somit auch der Druck in .der Leitung 49 vor übergehend verkleinert wird. Der Steuer schieber 44 sinkt dabei nach unten und gibt aus der Leitung 52 den- Weg in die Ablauf- bohrung 64 frei. Der Druck in der Leitung 52 sinkt, die Kolben 53 und 54 fallen nach unten. Dabei wird der Zylinderraum 59 ver kleinert, an der Bohrung 60 tritt eine Stauung ein, und durch die Druckerhöhung in den Räumen 59 und 62 werden der Kol ben 63 und der Steuerschieber 47 angehoben.
Aus der Leitung 49 entsteht über die Boh rung 64 eine Verbindung mit dem Ablauf, sc da.ss der Druck in der Leitung 49 gesenkt wird.
Der Druck in der Leitung 49 verändert sich somit - vorausgesetzt, dass durch die Temperaturaufnahmevorrichtung 14 keine Impulse erteilt werden - verhältnisgleich mit dem ersten Differentialquotienten der die Aufnahmevorrichtung 13 beeinflussenden Temperaturfunktion.
Werden .durch beide Temperaturaufnahme- vorrichtungen zugleich Steuerimpulse erteilt, so werden sie durch die Kolben 45 und 46 addiert und deren Summe über die Leitung 49 auf den Steuerschieber 65 übertragen, welcher bei Erhöhung des Druckes den Weg des Druckmittels aus .der Leitung 41 über die Bohrung 66 in den Zylinderraum 67 frei gibt und umgekehrt bei Druckerniedrigung den Weg aus dem Zylinderraum 67 über die Bohrung 68 in den Ablauf 43 freilegt. Bei Druckerhöhung werden somit die Kolben 69 und 70 nach unten gedrückt und durch das Gestänge 71 und den Hebel 72 der durch das Ventil 73 freigegebene Durchflussquerschnitt vergrössert.
Bei Verschiebungen des Kolbens 69 wird auch der Kolben 70 verschoben, so dass der Druck im Zylinderraum 74 nach Massgabe der Drosselung in der Bohrung 75 verändert wird. Dadurch wird über den Kolben 7 6 eine vorübergehende, nachgiebige Rückfüh rung der Regelbewegung erzielt. Bei Er höhung des Druckes im Raum 67 wird der Kolben 69 entgegen dem Druck im Raum 77 nach unten gedrückt. Umgekehrt drückt das durch die Leitung 78 in den Raum 77 ein geführte Druckmittel den Kolben 69 nach oben, sobald aus dem Raum 67 Flüssigkeit in den Ablauf entweichen kann.
Bei einer Erhöhung der Temperaturen im Rohrstrang 20 wird somit das Regelorgan 18 für die Speiseflüssigkeit in einer Weise ver stellt, dass die Speisemenge vergrössert wird. Umgekehrt wird die Speisemenge verkleinert, wenn die Temperaturen im Rohrstrang 20 sinken.
Die die Impulse addierende Vorrichtung kann so ausgebildet sein, dass die Impulse der durch die Flüssigkeitstemperaturen be einflussten Aufnahmevorrichtung einen aus klingenden Einfluss auf die Regelung aus üben und dass die von der in der Über- hitzungszone angeordneten Temperaturauf- nahmevorrichtung erteilten Impulse die dauernden Lastveränderungen ausgleicht.
Unter Umständen können dann die Impulse des in der Überhitzungszone angeordneten Temperaturaufnehmers über eine Dämp- fungsvorrichtung auf die Addiervorrichtung übertragen werden, um kurzzeitige Verände rungen, welche durch den in der Erhitzungs- zone angeordneten Temperaturaufnehmer aus zugleichen sind, von der Einwirkung über den in der Überhitzerzone angeordneten Tem peraturaufnehmer auszuschalten.
Das Rohrsystem des Dampferzeugers kann, anstatt nur einen einzigen Rohrstrang aufzuweisen, auch aus mehreren parallel zu einander in der Form einer Harfe geschal teten Rohrsträngen bestehen, denen am einen Ende das Arbeitsmittel als Speiseflüssigkeit zugeführt und am andern Ende als überhitz ter Dampf entnommen wird. Gegebenenfalls können .die parallel geschalteten Rohrstränge an Stellen zwischen dem Eintritt und dem Austritt im Sammler geführt werden, in wel chen die einzelnen Arbeitsmittelteilströme miteinander vermischt werden, um einen gleichmässigen Zustand herbeizuführen.
Die Sammelgefässe können auch als Flüssigkeits- a.bscheider ausgebildet sein. Die mit der Speiseflüssigkeit mitgeführten -Verunreini gungen können zusammen mit der abgeschie denen Flüssigkeit aus dem Rohrsystem ent fernt werden, bevor sie sich als Krusten oder sonstwie im Rohrsystem festhalten. Die zwi- sehen den Sammelstellen gelegenen Rohr harfen brauchen nicht unbedingt die gleiche Anzahl von Teilsträngen aufzuweisen. Die Teilstränge können auch durch Rohre ver schiedenen Durchmessers gebildet sein.
Durch die Temperaturaufnahmevorrich- tungen können auch andere Vorrichtungen als wie nur die Speiseregelungsvorrichtun- gen beinflusst werden. Es können beispiels weise die Feuerung des Dampferzeugers, das heisst die Brennstoffzufuhr bezw. die Luft zufuhr oder die die Zugverhältnisse beein flussenden Vorrichtungen, gesteuert werden.
Der Dampferzeuger kann auch so aus gebildet sein, dass das Arbeitsmittel an einer Stelle allein zugeführt wird und eine zusätz liche Zuführung in die Verdampfungszone bezw. in die Überhitzungszone nicht mehr notwendig ist.
Die Temperaturaufnahmevorrichtungen können grundsätzlich an jeder Stelle der Er- hitzungszone bezw. der Überhitzungszone an geordnet sein.
Besondere Vorteile werden aber erreicht, wenn sie am Ende der Ver- dampfungszone und am Anfang der über- hitzungszone angeordnet sind, weil durch diese Temperaturen die im Rohrstrang sich abspielenden Verdampfungsvorgänge genau dargestellt sind und die Verdampfung damit absolut gleichmässig gehalten werden kann.
Die einzelnen Zonen verschieben sich auch bei Veränderungen der Last nicht wesentlich. weil bei allen Lasten dem Dampferzeuger das Arbeitsmittel mit dem gleichen Zustand zugeführt und mit dem gleichen Zustand ent nommen wird und die Beheizung des Rohr stranges im gleichen Masse verändert wird wie die Menge des zu verdampfenden Ar beitsmittels.
Messungen der Temperatur und des Wärmeinhaltes haben ergeben, dass die Zonen scharf voneinander getrennt sind, ins besondere dann, wenn ein Rohrstrang im Vergleich zum lichten Rohrdurchmesser eine sehr grosse Länge aufweist und das Arbeits mittel mit hoher Geschwindigkeit durch den Rohrstrang strömt. Wenn beispielsweise die Länge des Rohrstranges rund 10,000 Mal grösser als der Durchmesser gewählt wird, sind bei den üblichen Belastungen der Heizfläche Strömungsgeschwindigkeiten von 2 m/sek. und noch mehr für die Flüssigkeit und von ungefähr 50 m/sek. für den Dampf notwendig,
um das Arbeitsmittel bis zur Er reichung des Endzustandes durch die ganze Länge des Rohrstranges hindurch geführt zu haben.
Bei solchen Geschwindigkeiten findet eine so starke Turbulenz statt, dass über den Quer- schnitt des Rohrstranges keine wesentlichen Temperaturunterschiede mehr festgestellt werden können und über die Länge des Rohrstranges die Temperatur des Arbeits mittels ausserhalb der Verdampfungszone gleichmässig ansteigt. Beim normalen Be triebszustand ist es dann nicht möglich, dass in der Verdampfungszone noch Flüssigkeit vorhanden ist, welche die Siedetemperatur noch nicht erreicht hat, und dass in der Über hitzungszone noch Flüssigkeit sich befindet.
Die Grenzen zwischen den drei Zonen lassen sich sowohl rechnerisch, als auch versuchs mässig bestimmen, so dass die Temperatur- aufnahmevorricUtungen bei Bedarf genau am Ende der Erhitzungszone und genau am An fang der Überhitzungszone angeordnet wer den können.