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Selbsttätiger Speiseregler mit hydraulischem Stellmotor und
nachgiebiger Rückführung DieErfirndung bezieht ,sich auf einen selbsttätigen Speiseregler
mit hydraulischem Stellmotor und nachgiebiger Rückführung. Derartige Speiseregler
sollen im vorliegenden Fall bei Dampfkesseln, Kochern oder anderen Flüssigkeitsbehältern
zur Regelung,des Flüssigkeitsstandes verwendet werden.
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Die nachgiebige Rückführung des Reglers arbeitet bekanntlich in der
Weise, d@aß die geregelte Größe, im vorliegenden Fall also der Flüssigkeitsstand,
nach Beendigung jedes Regelvorganges stets dieselbe ist, unabhängig von,der jeweiligen
Stellung des Regelventils.
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Diese Eigenschaft der Regler mit nachgiebiger Rückführung macht sie
als Speiseregler ungeeignet, da sie allen Änderungen des Flüssigkeitsstandes sofort
folgen, was sehr leicht zu Pendelungen .des Speiseventils führen kann. Man versuchte
bisher, Pendelungen des Speisereglers .dadurch zu vermeiden und zu verringern, daß
.die zu der Steuervorrichtung des Reglers führenden Impulsleitungen stark gedrosselt
wurden, .dadurch wurden jedoch die Genauigkeit und die Schnelligkeit des Reglers
beeinträchtigt.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und ermöglicht die Verwendung
von Reglern mit nachgiebiger Rückführung auch für die Speiseregel.ung du:durch,.daß
in Abhängigkeit von der Stellung der Regelvorrichtung ein Zwischernglied verstellt
wird, das den einzuregeln.den Flüssigkeitsstand (Sollwert) bei großer Öffnung der
Regelvorrichtung herabsetzt und bei kleiner Öffnung höher legt.
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Bei :dem Speiseregler nach der Erfindung bleibt zwar die Einrichtung
für die nachgiebige Rückführung bestehen, ihre Wirkung wird aber durch die vorstehend
angegebene zusätzliche Einrichtung in der Weise abgeändert, daß der Regler eine
gewisse Ungleichförmigkeit erhält. Diese zusätzliche Einrichtung kann beispielsweise
darin bestehen, @daß der Stellmotor oder die durch den Stellmotor verstellte Absperrvorrichtung,
z. B. das Speiseventil, mechanisch mittels eines Seilzuges, eines oder mehrerer
Hebel o. dgl. mit dem den Sollwert bestimmenden Teil der Steuervorrichtung des Stellmotors
oder des Meßgerätes verbunden ist.
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Eine andere Lösung besteht darin, @daß eine Membran, ein Kolben oder
eine ähnliche Einrichtung an das Flüssigkeitssystem des
Stellmotors
angeschlossen ist, durch die der den Sollwert bestimmende Teil des Reglers derart
verstellt wird, daß jedem Druck .der Hilfsflüssigkeit ein bestimmter Solltvert zugeordnet
ist. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß die gesamte Regelung hydraulisch ausgeführt
wird, wodurch sich auch eire außerordentlich einfache und gedrängte Bauweise ergibt.
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Der den Sollwert bestimmende Teil des Reglers kann an dem Impulsgeber,
an dem Steuerventil des Stellmotors oder an einer dem Steuerventil nachgeschalteten
Steuereinrichtung des Flüssigkeitssystems des Stellmotors vorgesehen sein. Da bei
den meisten Regelvorrichtungen die Einstellung des geregelten Ventils durch den
Druck der Hilfsflüssigkeit bestimmt wird und der Flüssigkeitsdruck in der Regel
der Ventilstellung proportional ist, so kann ,die gewünschte Abhängigkeit des Soll"vertes
von der Ventilstellung dadurch erreicht werden, daß, wie bereits erwähnt, der Druck
der Hilfsflüssigkeit unter Verwendung von -Membranen, Kolben o. dgl. zur Verstellung
des Sollwertes benutzt wird. Es ist aber auch möglich, an Stelle des Flüssigkeitsdruckes
im Stellmotor den Flüssigkeitsdruck in einer dem Stellmotor vorgeschalteten Flüssigkeitsstufe,
z. B. einem Verstärker, zur Verstellung des Sollwertes zu verwenden.
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Es ist ferner zweckmäßig, das Übertragtingsverhältnis zwischen dem
Stellmotor oder dein von dem Stellmotor verstellten Speiseventil einerseits und
dem den Sollwert bestimmenden Teil des Reglers andererseits veränderlich und einstellbar
zu machen, so d@aß der Grad der Ungleichförmigkeit den jeweiligen Erfordernissen
des praktischen Falles angepaßt werden kann. Der U ngleichförinigkeitsgrad wird
zweckmäßigerweise derart eingestellt, daß die Grenzen des Sollwertes bei ganz geöffnetem
und bei ganz geschlossenem Steuerventil außerhalb des Bereiches der normalen Wasserstandsschwankungen
liegen, Wenn also beispielsweise bei einem Dampfkessel die normalen Wasserstandsschwankunben
etwa ioo min betragen, so ist zweckmäßigerweise die Ungleichförmigkeit, d. h. der
Unterschied des Wasserstandes bei ganz offenem und bei ganz geschlossenem Ventil,
derart einzustellen, daß dieserUnterschied des Wasserstandes mehr als ioo in.m_,
also beispielsweise Zoo min, beträgt.
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Die gewünschte Abhängigkeit zwischen dem Sollwert und der Stellung
des Stellmotors bzw. des Speiseventils kann derart ausgebildet sein, daß der Sollwert
bei öffnendem Speiseventil verkleinert wird oder daß der Sollwert bei schließendem
Speiseventil vergrößert wird. Der letztere Fall ist bei Dampfkesseln und ähnlichenDatnpf
erzeugenden Apparaten von besonderem Vorteil, da bei einer '\'ergrößerurg der Dampfentnahme
der Wasserstand im Kessel infolge der aufsteigenden Dampfblasen ansteigt. Ein Regler,
der nur mit nachgiebiger Rückführung ausgerüstet ist, würde also bei vergrößerter
Dampfentnahme, d. h. bei steigender Belastung des Dampfkessels, das Bestreben haben,'
einen gleichbleibenden Wasserstand zu halten, so daß bei steigender Kesselbelastung
und infolge davon ansteigendem Wasserspiegel im Kessel das Speiseventil geschlossen
würde. Wenn dagegen der Speiseregler erfindungsgemäß derart ausgebildet ist, daß
der Sollwert des einzuregelnden Wasserstandes mit zunehmender Dampferzeugung, d.
h. mit zunehmender Öffnung des Speiseventils, vergrößert wird, so beginnt das Speiseventil
sofort zu öffnen, und die Nachteile der bekannten Speiseregler, die zu unerwünschten
Pendelungen fuhren können. .werden vermieden. Der Speiseregler wird bei steigender
Dampferzeugung oder bei größer «-erdender Ventilöffnung einen höheren Wasserstand
im Kessel einregem, und umgekehrt wird bei sinkender Dampferzeugung oder bei kleiner
werdender Ventilöffnung ein niedrigerer Wasserstand eingeregelt.
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In den Abb. i bis 8 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt. Abb. i zeigt einen Speiseregler mit nachgiebiger Rückführung bekannter
Bauart, der nach vorliegender Erfindung verbessert werden soll. In den Abb. :2 bis
6 ist die mechanische Verbindung' zwischen der Ventilbewegung und der Einstellung
des Sollwertes gezeigt, während in den Beispielen nach den Abb.7 und S diese Verbindung
hydraulisch durchgeführt ist.
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In Abb. i ist die Trommel des Dampfkessels finit i und das Speiseventil
mit z bezeichnet. An der Trommel i ist eine lleßeinrichtung 3 vorgesehen. Die dein
Wasserstand im Kessel z entsprechende Wassersäule wird durch die Leitung .I auf
die Unterseite der -Membran 7 übertragen. Auf der Oberseite dieser -Membran ruht
der Druck einer @leich,bleibenden Wassersäule, die durch die Leitung 6 übertragen
wird. Die -Membran steht finit einer zweiten -Membran 7 in Verbindung, welche die
Höhe der Flüss'#.g@ceitssäule 8 bestimmt-.
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Die Flüssigkeitssäule 8 gehört ztt einem Fliissiglceitssystem, das
von dem Wasserinhalt und dem Druck des Dampferzeugers unabhängig ist. Sie wirkt
als Geber für (las Verstärkerventil A des Stellmotors. An der Membran o" des Verstärkerventils
ist ein Kolben 9j, befestigt, dessen Stellung von der Höhe der Flüssigkeitssäule
abhängig ist.
Zum Stellmotor gehört der Zylinder to mit dem Kraftkolben;
der mit .dem Ventilteller des Speiseventils .2 durch eine Stange verbunden ist,
_der Steuerschieber ii, die Ölpumpe 12 und das Überströ:mventil 13.
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Der Steuerschieber ii regelt zwei Steueröffnungen, von -denen die
eine mit izä bezeichnet ist und den Zustrom des Öles zum Zylinder to b7w. den Ölabfluß
aus diesem Zylinder regelt. Durch die zweite Steueröffnung i ib wird der Zufluß
des Öles zu dem RückführkOlben 1d. bzw. der Abfluß des Öles aus dem Raum über dem
Rückführkolben 14 geregelt.
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Die; beiden Drosselstellen-ii, und 1id haben die Aufgabe, in dem Raum
über dem Rückführkolben 14 nach Beendigung des Regelvorganges wieder denselben Druck
-herzustellen. Die beiden Drosselstellen ii, und iid haben gleiche Abmessungen und
daher gleichen Strömungswiderstand. Folglich ist der Druck zwischen den beiden:
Drosselstellen. i i, und i id und damit auch über .dem Rückführk olben stets halb
so groß wie -der Druck- in der Druckleitung der Pumpe 12. Ist dieser z. B. q. atü
(der Druck kann durch das Überströmvent.il 13 eingestellt werden), so beträgt der
zwischen den Drosselstelleni i, und 1 id sowie über .dem Rücleführkolben 1q. herrschende
Druck 2 atü. Im Gleichgewichtszustand fließt durch :die beiden Drosselstellen ein
ständiger Ölstrom zu .dem Sammelbehälter.
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Der Verstärkerkolben 9b stellt sich im Gleichgewichtszustand so ein,
daß in der mit Öl gefüllten Leitung 9, keine Strömung stattfindet. Der Steuerkolben
i i befindet sich dabei in der gezeichneten Mittelstellung und die Steueröffnungen
ii,t und: i ib sind geschlossen.
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Sinkt der Wasserspiegel in der Kesseltrommel i, so sinkt auch die
Flüssigkeitssäule 8 in entsprechender Weise. Folglich bewegt sich der Verstärkerkolben
9b nach links, so daß 01 aus der Leitung 9, über die Leiturig 9d abfließt
und der Steuerschieber i i sich senkt. Dadurch wird einerseits die Steueröffnung
i i" mit der Druckleitung der Pumpe 12 verbunden, der Kraftkolben des Stellmotors
gehoben und das Speiseventil geöffnet. Andererseits wird die Steueröffnung i ib
über die Bohrung iie mit dem Olab.fluß verbunden, so daß Öl aus dem Raum über dein
Rückführkolben abfließt. Der Rückführkölben 14 wird dadurch angehoben, die Spannung
der Rückführfeder fda herabgesetzt und dadurch der Druck dieser Feder auf den Steuerschieber
ii vermindert.
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. Die Druckverminderung in der Leitung 9, und unter dein Kolben des
Steuerschiebers i i wird also durch eine entsprechende Druckverminderung über dem
Rückführkolben ausgeglichen und dadurch der Steuerschieber i i in seine Mittelstellung
zurückgeführt, so :daß er wieder die gezeichnete Mittelstellung einnimmt. Da nach
Beendigung des Regelvorganges, über dem Rückführkolben iq. stets derselbe Druck,
der im obigen Beispiel mit 2 atü angenommen ist, sich einstellt, so ist die Regelung
des Speiseventils unabhängig von der jeweiligen Stellung dieses Ventils.
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In das Gehäuse .der Verstärkereinrichtung 9 ist eine Hülse
15 eingeschraubt, in welcher die vom Kolben 9b gesteuerten Öffnungen angeordnet
sind. Durch Hinein- oder Herausschrauben der Hülse 15 werden diese Öffnungen und
damit derjenige Punkt verlegt, bei dem der Verstärkerkolben 9b den Zufluß oder Abfluß
der Leitung 9, sperrt. Bei dieser Stellung des Verstärkerkolbens 9b befindet sich
also,der Steuerschieber i i in der in: Abb. i gezeichneten Mittelstellung, und die
Regeleinrichtung ist in Ruhe.
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Dieser Mittelstellung entspricht eine bestimmte Höhe der Flüssigkeitssäule
8 und des Wasserstandes im Kessel i (Sollwert). Durch Hinein- oder Herausschrauben
der Hülse 15 kann also der rinzuregelnde Sollwert .des Wasserstandes höher- oder
tiefergelegt werden. Wird :die Hülse nach links bewegt, d. h. in das Gehäuse des
Verstärkers eingeschraubt, so wird der Sollwert vergrößert, -d. h. der Regler stellt
einen höheren Wasserstand im Kessel ein. Beim Herausschrauben der Hülse aus dem
Gehäuse bewegt sich die Hülse nach rechts, und der Sollwert wird entsprechend herabgesetzt.
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Abb.2 zeigt, wie erfindungsgemäß der Sollwert in Abhängigkeit von
der Ventilstellung oder von. .der Stellung des Stellmotors verändert wird. Zu diesem
Zwecke ist der Überlauf 16 des M:eßgerätes 3 mit einem aus dem Meßgerät herausgeführten
Hebel 17 versehen. Dieser Hebel 17 wird mit der Spindel des Ventils 2 durch Hebel
oder Seilzug derart verbunden, d:aß bei öffnendem Ventil der Hebel 17 besenkt wird.
Dadurch wird der Überlauf 16 und damit der Wasserstand im Rohr 6 gesenkt und die
impulsgebende Wassersäute 8 gehoben.
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Abb. 3 und d. zeigen eine andere Ausführungsform einer mechanischen
Verbindung der Ventilspindel mit dein den Sollwert bestimmenden Teil des Reglers.
In diesem Falle ist die Spindel des Ventils 2 mit dem Steuerventil 9 verbunden.
Die Flüssigkeitssäule 8 wirkt bei diesem Ausfüh.rungsbeispiel nicht unmittelbar
auf die Membran des Steuerventils 9 ein, sondern auf eine dieser vorgeschalteten
Membran i8. Die beiden Membranen sind durch ein zylindrisches Zwischenstück 1d.
und zwei Spindeln verbunden., die eiu gegenläufiges Gewinde besitzen. Die Bewegung
der Ventilspindel wird durch einen Seilzug auf das Zwischenstück id. übertragen.
Je
nach der Richtung, in der das Zwischenstück 14 gedreht wird, vergrößert oder verringert
sich der Abstand zwischen den. beiden Membranen. Bei einer Vergrößerung des Abstandes
wird der Sollwert der Regelung gehoben, bei einer Verringerung des Abstandes wird
der Sollwert vermindert.
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Aus Abb. 5 und 6 ist ersichtlich, daß die Bewegung :der Ventilspindel
auch unmittelbar auf die Stellschraube 15 (Abb. i) übertragen werden kann. Die Wirkungsweise
ist nach obigen Ausführungen ohne weiters verständlich. Wird bei öffnendem Ventil
die Stellschraube 15 derart gedreht, d.aß die Büchse des Steuerventils g sich nach
links bewegt, so wird der Sollwert der Regelung vergrößert.
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In Abb. 7 ist die hydraulische Verbindung zwischen dem Stellmotor
und dem den Sollwert bestimmenden Teil des Reglers dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel
ist, ähnlich wie in Abb. 3, der Membran des Steuerventils 9 eine zweite Membran
18 vorgeschaltet. Zwischen den beiden Membranen ist eine Druckdose 2o eingeschaltet,
die an das Flüssigkeitssystem des Stellmotors, zweckmäßigerweise an die Verbindungsleitung
zwischen dem Steuerschieber i i und dein Zylinder io angeschlossen ist. Bei öffnendem
Steuerventil steigt der Druck in dieser Verbindungsleitung und infolge davon auch
der Druck in der Dose 2o. Der Abstand der beiden Membranen wird daher vergrößert,
wodurch der Sollwert der Regelung gehoben wird. Durch die Feder 21 kann die Spannung
der Membran der Druckdose 2o geändert werden. Auf diese Weise ist es möglich, den
Grad der Ungleichförmigkeit, d. h. den Unterschied zwischen dein Wasserstand bei
vollständig geöffnetem Speiseventil und dem Wasserstand bei vollständig geschlossenem
Speiseventil, einzustellen.
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In dein Ausführungsbeispie1 nach Abb. 8 wird die Büchse des Steuerventils
hydraulisch verstellt. Das Gehäuse der Membran a2 ist an die Verbindungsleitung
zwischen dein Steuerschieber i i und dem Zylinder io angeschlossen. Bei öffnendem
Steuerventil steigt :der Flüssigkeitsdruck in dieser Leitung und damit auch in dem
Membrangehäuse, zvodurcli die Büchse des Steuerventils g nach links geschoben und
der Sollwert vergrößert wird. Die Spannung der Membran 22 kann durch die Feder 23
den Bedürfnissen entsprechend eingestellt werden, wodurch sich die gewünschte Änderung
des Ungleichförmigkeitsgrades ergibt.
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Die Reglereinrichtung kann in einfacher Weise selbstverständlich auch
derart ausgeführt werden, daß der Sollwert bei öffnendem Speiseventil gesenkt wird.
Es ist hierzu beispielsweise nur notwendig, .den Druckraum auf der anderen Seite
der Membran 2o (Abb. 7) oder 22 (Abb. 8) anzuordnen.