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Verfahren und Vorrichtung zum Ausgleich von Dampfverbrauchsschwankungen.
Die bei Dampfverbrauchsanlagen vorkommenden Schwankungen, die sich über eine lange
Zeit erstrecken, können durch den Ruthsdampfspeicher weniger leicht ausgeglichen
werden als die großen Schwankungen, die nur kurze Zeit andauern; es ist z. B. leichter
möglich, die Brenngeschwindigkeit eines Dampfkessels in gewissen Grenzen für längere
Zeit zu erhöhen oder zu vermindern, als schnell aufeinanderfolgenden großen Schwankungen
mit der Brenngeschwindigkeit zu folgen.
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Wollte man daher alle Schwankungen durch Dampfspeicher einebnen, so
würde man dazu so große Wärmespeicher brauchen, daß die Anlage unwirtschaftlich
würde. Die Abb. i zeigt als Beispiel die Speicherzustandskurve 3 einer solchen Schwankung;
dabei ist in der Senkrechten i nicht etwa die Dampfspannung, sondern es sind die
Wärmeeinheiten oder die kg Dampf in dieser Richtung eingetragen, während in der
Wagerechten 2 die Zeit aufgetragen ist. Die Kurve 3 gibt den jeweiligen Lade- oder
Entladezustand des Speichers an; jede beliebige Ordinate in Richtung i bedeutet
also den Dampfinhalt g, der gegenüber den höchsten Lade- oder den tiefsten Entladezustand
bis zu dem betreffenden Zeitpunkt aufgespeichert oder abgegeben wurde.
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Diese Zustandskurve ist aus der Kurve der Strömungsgeschwindigkeiten
abgeleitet, indem die mittlere Geschwindigkeit festgestellt und auf diese bezogen,
die Schwankung nach der Zeit integriert ist. Der senkrechte Abstand des höchsten
und tiefsten Punktes der Zustandskurve st 11t dann die erforderliche Speicherkapazität
für vollständigen Ausgleich der Dampfschwankunz dar. Tede Tangente an die Zustandskurve
bedeutet dann eine Änderung der Strömungsgeschwindigkeit gegenüber der mittleren
Geschwindigkeit, für die die Tangente = o ist und mit der Abzisse 2 zusammenfällt.
Zieht man nun z. B. von 8 an den Punkt 9 eine Tangente, so stellt jede Senkrechte
auf 2 an die Geraden 8,9 auch eine Dampfmenge g dar. Daß die Linie 8, 9 eine Gerade
ist, bedeutet gleichbleibende Geschwindigkeit, die sich im Geschwindigkeitsdiagramm
durch eine Wagerechte ausdrücken würde.
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Diese so dargestellte Dampfmenge soll nun nicht aus den Speicher entnommen
oder in diesen geladen werden, sondern durch Änderung der Dampferzeugung oder durch
Dampfabgabe an andere Stellen ausgeglichen werden. Der Speicher soll dann nur noch
die Kapazität 1q. statt q. erhalten. Sobald nun die Kurve 3 mit den im senkrechten
Abstand 14 gezogenen Parallelen 5 und 6 zusammentrifft, findet ein Regelvorgang
statt, der durch die zulässigen Grenzdrucke des Speichers ausgelöst wird, und zwar
so, daß eine Berührung von 3 mit 5 die Linie 5 im Sinn des Uhrzeigers, eine Berührung
von 3 und 6 im umgekehrten Sinn abbiegt. Der Regelvorgang dauert so lange, bis sich
3 und 5 oder 6 nicht mehr berühren; dann behalten 5 und 6 die neue Richtung bei,
bis wieder eine Berührung erfolgt. Im Beispiel der Schwankungsverteilung zwischen
Dampfkessel und Speicher würde dies bedeuten, daß die Brenngeschwindigkeit des Kessels
gegenüber seiner mittleren Brennungsgeschwindigkeit mehr oder weniger vergrößert
oder verkleinert wird.
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Die Erfindung besteht also darin, daß ein Wärmespeicher von der Art
eines Ruthspeichers nur die kurzfristigen Schwankungen aufnimmt, während die langfristigen
in anderer Weise ausgeglichen werden.
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Man könnte die Verteilung des Ausgleichs auf den Wärmespeicher und
auf die Ausgleichsvorrichtung für die langfristigen Schwankungen von Hand vornehmen,
indem man z. B. nach einem Wärmespeichermanometer bei Erreichung
der
oberen Druckgrenze,- also- der höchsten zulässigen Ladung, so lange umsteuerte,
bis der Druck sinkt und damit die Ladung abnimmt und indem man bei Erreichung der
unteren Druckgrenze umgekehrt steuerte. Die Erfindung löst aber auch die Aufgabe
der selbsttätigen Augleichsverteilung, und zwar dadurch, daß der Wärmespeicher nur
im Augenblick der höchsten zulässigen Ladung und der höchsten zulässigen Entladung
ein Organ umsteuert, das denAusgleichtdergroßen Schwankungen regelt, indem es für
längere Zeit eine größere oder geringere Dampferzeugung oder Wärmeableitung herbeiführt.
Diese Regelung kann z. B. dadurch erfolgen, daß bei Erreichung des höchsten Druckes
im Wärmespeicher gin Ventil selbsttätig zweiter geöffnet und -bei Erreichung des
niedrigen Druckes selbsttätig mehr geschlossen wird, durch das der überschüssige
Dämpf, z. B. in irgendeinem Wärmeträger oder zur unmittelbaren Verwendung, abgeleitet
wird. Dies kann dadurch geschehen, daß ein unter dem Dampfdruck des Wärmespeichers
stehender Kolben das Ventil weiter schließt oder öffnet, wie dies z. B. in der Abb.
3 dargestellt ist. Der Zylinderraum ao steht dabei durch das Rohr 21 unter dein
Dampfdruck `des Wärmespeichers, so daß der Kolben 22 entgegen der Wirkung de rsFeder
23 nach oben gedrückt wird. An def Kolbenstange befindet sich eih Langloch 2q.,
das in den Endlagen den Ventilhebel 25 mitnimmt und dadurch das Ventil 26 verstellt,
so daß Dampf aus dem Wärmespeicher oder seiner Zuleitung bei 27 austreten kann.
Wird der Kolben 22 gehoben, stößt also das untere Ende ,des Langlochs 24 an den
Hebel 25, so -wird das Ventil 26 weiter geöffnet, und zwar im Beispiel so lange,
bis sich infolge des Dampfabflusses bei a7 die Zunahme des Dampfdrucks in eine Abnalune
umkehrt. Infolgedessen sinkt dann der Kolben 22 wieder, und zwar so lange, bis das
obere Ende des Langlochs 2.4 den Ventilhebel 25 wieder abwärts mitnimmt und dadurchden
Dampfabfluß bei 27 vermindert.
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In der an der Abb. i dargestellten Schaulinie 3 .drückt sich dies
folgendermaßen aus: Das Ansteigen der Linie 5 zwischen den Punkten 8 und 9 ist durch
die augenblickliche Stellung des Ventils 26 gegeben. Die Schwankung der Dampfmenge
vollzieht sich also auf dieser Strecke zwischen den geraden Linien 5 und 6. Nun
erreicht aber die Schaulinie 3 im Punkt 9 die gerade- Linie 5 und sucht sie zu schneiden,
weil die Dampfspannung im Wärmespeicher infolge erhöhten Verbrauchs nachgelassen
hat. Dies ist der Augenblick, in dem der Kolben 22 in der Abb. 3 so Weit gesunken
ist, daß das obere Ende des Langlochs 24 den Ventilhebel 25 abwärts mitnimmt und
dadurch das Ventil 26 etwas weiter schließt, aber nur sehr wenig, da sofort' wieder
-eine Steigerung des Dampfdruckes eingetreten ist; die sich in, einem Ansteigen
der Schaulinie 3 zwischen den-Punkten 9 und io ausdrückt. Infolgedessen ist die
Abweichung der Linien 5 zwischen den Punkten 9 .und i i im Vergleich zu ihrer Richtung
zwischen 8 und 9 nur gering. Es ist nach dem Vorstehenden ohne weiteres verständlich,
warum in den Punkten i2 und 13 eine starke Richtungsänderung der parallelen Linien
5 und 6 eintreten muß.
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Statt mehr oder weniger Dampf abzuleiten, kann.inan dem N,\Tärmespeicher
auch auf andere Weise mehr oder weniger Wärme entziehen, wobei die Wärmeentziehung
bei Erreichung des Höchstdruckes im Wärmespeicher gesteigert, bei -Erreicbung des
Mindestdruckes aber vermindert -wird. Die @@Tärine kann dem Speicher z. B: durch
-eine Flüssigkeit entzogen werden, die so durch den Wärmespeicher hindurchgeführt
wird, daß sie sich mit seiner Flüssigkeit nicht vermischen kann, z. B. also durch
in den Wärmespeicher eingebaute Röhren oder Kammern. Durch die Regelvorrichtung
wird dann die Durchflußmenge dieser Flüssigkeit geregelt. Man kann aber auch kaltes
Wasser unmittelbar in den Wärmespeicher hineinleiten und die entsprechende Menge
-warmen Wassers abführen.
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Statt dem Wärmespeicher oder seiner Zuleitung mehr oder weniger Dampf
oder Wärme abzunehmen, kann man zum Ausgleich der großen Schwankungen auch die Brenngeschwindigkeit
am -den Dampf erzeugenden Kessel durch bekannte Mittel, wie z. B. Zugregelung, bei
Erreichung des Höchstdruckes im Wärmespeicher vermindern, bei Erreichung des Mindestdruckes
aber erhöhen. An Stelle des in der Abb. 3 dargestellten Ventils 26 tritt dann die
Vorrichtung zur Regelung der Brenngeschwindigkeit, z. B. eine Zugklappe.
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Die Abb.2 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfindung: 30 ist
ein Dampfkessel, dessen Dämpf den Hochdruckzylinder 31 und den Niederdruckzylinder
32 einer Dampfmaschine speist. 33 ist der Kondensator. Die Zivischendainpfleitung
zwischen dem Hoch- und Niederdruckzylinder ist an einem Wärmespeicher 34 angeschlossen
und steht auch über das Ventil 26 durch das Rohr 27 mit einem Wärmeträger 28 in
Verbindung. Dieser Wärmeträger ist im Beispiel ein - mit einer Flüssigkeit gefüllter
Behälter, durch den das Rohr 27 hindurchgeführt ist, so daß die Flüssigkeit im Behälter
28 erwärmt wird. Die Flüssigkeit aus dem Wärmeträger 28 kann dann anderweitig verwendet
werden, z. B. zur Speisung des- Kessels 30.
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Die Erfindung kann auch auf die Regelung der Entstehung von. Abwärme
ausgedehnt werden, die zur Erzeugung von Dampf ausgenutzt
wird.
In diesem Falle können z. B. die Einrichtungen, bei deren Betrieb die Abwärme entfällt,
von den Grenzdrucken des Wärmespeichers auf erhöhte oder verminderte Leistung gesteuert
werden, so daß mehr oder weniger Abwärme entfällt und dadurch die Dampferzeugung
steigt oder fällt. Entsteht die Abwärme z. B. beim Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen
mit Abhitzekesseln, deren Dampf Dampfmaschinen zugeführt wird, so wird bei der Regelung
der Verbrennungskraftmaschinen auf erhöhte Leistung nicht nur eine größere Dampfmenge
erzielt, sondern die Dampfmaschinen werden außerdem durch die erhöhte Leistung der
Nerbrennungskraftmaschinen entlastet. Hierdurch wird die Regelung sehr wirksam,
auch wenn. sie verhältnismäßig milde wirkt und sich: in solchen Grenzen hält, daß
die Wirtschaftlichkeit des Arbeitens der Verbrennungskraftmaschinen durchaus aufrechterhalten
bleibt.
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Wie hierbei die Regelung ganz von selbst in doppelter Richtung günstig
wirkt, so können auch sonst absichtlich zwei oder mehrere Regelungen zur Erzielung
einer schnellen und sicheren Wirkung vorgenommen werden. Man kann z. B. bei Erreichung
der oberen Druckgrenze des Wärmespeichers sowohl Dampf ableiten als auch die Brenngeschwindigkeit
am Kessel gleichzeitig vermindern. Es ist aber auch, möglich, die Regelungen nacheinander
eintreten zu lassen, z. B. die Brenngeschwindigkeit nur dann zu regeln, wenn die
Regelung der Dampfableitung allein nicht genügt. Im Beispiel nach der Abb. 3 kann
dies z. B. dadurch geschehen, daß man an der Kolbenstange ein zweites Langloch anbringt,
das länger ist als das gezeichnete, so daß die Regelung der Brenngeschwindigkeit
nur herbeigeführt wird, wenn der Kolben 22 nicht schon infolge der "Umstellung des
Ventils 26 seine Bewegungsrichtung umkehrt.
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Ähnlich wie in dem oben, gegebenen Beispiel kann die Regelung der
langfristigen Schwankungen auch dadurch herbeigeführt werden, daß durch die Grenzdrucke
des Wärmespeichers Verbraucher ganz an- oder ab- oder auf andere Kraftquellen umgeschaltet
oder diesen abgenommen werden.