DE974014C - Steuervorrichtung fuer periodisch mit Gas, Luft, Dampf oder Fluessigkeit zu betreibende chemische Anlagen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 18. AUGUST 1960

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für periodisch betriebene chemische Anlagen. Beispielsweise bei den bekannten Wasserstofferzeugungsanlagen, die nach dem Dampf-Eisen-Verfahren arbeiten und für den periodischen Betrieb eine überbaute Heizkammer aufweisen, sind für die zellenartig auf gemeinsamer Grundfläche radial aufgebauten Einheiten parallel geschaltete Zu- und Abführleitungen für Gas, Luft und Dampf vorgesehen, die durch eine gemeinsame Steuerung betätigt werden sollen.

Es sind bereits Steuerungen für die in den Leitungen angeordneten Absperrvorrichtungen von mit Dampf oder Flüssigkeit betriebenen chemischen Anlagen bekanntgeworden, bei denen die Steuerung der Antriebe für die Absperrvorrichtungen von einer Nockenwelle aus erfolgt, die von einem Elektromotor abschnittweise gedreht wird. Derartige Einrichtungen erfordern jedoch eine komplizierte Apparatur, die dauernd überwacht werden muß.

Auch sind automatische Fernsteuerungen von Absperrschiebern u. dgl. bekanntgeworden, bei denen die Bewegung der Umsteuerorgane gemeinsam oder in Teilgruppen erfolgt. Man hat auch die zur Steuerung dienenden Schieber, z. B. Rundschieber, besonders ausgestaltet, um damit die entsprechenden Leitungen zeitweise mit den Zuflußleitungen des Druckmediums in Verbindung bringen zu können. Weiter hat man zu diesem Zweck auch mechanische Schaltungen an Wassergas-Generatoren vorgenommen, bei denen die Preßmittelzylinder sämtlicher Absperrvorrichtungen in einzelne Gruppen unterteilt wurden, um alle Zu-

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leitungen der Gruppen durch eine gemeinsame Schalteinrichtung speisen zu können. Alle diese Einrichtungen verlangen eine komplizierte Schaltung und bedürfen einer dauernden Überwachung. Gegenstand der Erfindung ist eine Steuervorrichtung für periodisch mit Gas, Luft, Dampf und/oder Flüssigkeiten zu betreibende chemische Anlagen, z. B. zur Erzeugung von Wasserstoff nach dem Eisen-Wasserdampf-Verfahren, mittels eines zentralen Drehschiebers, dessen Antrieb durch einen Getriebemotor erfolgt, der durch ein an sich bekanntes Zeitschaltwerk in verschiedenen Zeitabständen eingeschaltet wird.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß die Weiterschaltung der durch den Drehschieber zu betätigenden Ventile durch einen mit dem Drehschieber synchron geschalteten elektrischen Kontroller und die Überwachung der Stellung der Ventile durch den Ventilen zugeordnete Uberwachungskonao takte derart erfolgt, daß die bei der jeweiligen Stellung geschlossenen Ventilkontakte in Reihe geschaltet werden und dieser so geschlossene Stromkreis als Haltestromkreis für ein die ganze Anlage versorgendes Hauptschütz dient und während der Ventilbetätigung der Kontroller für die Zeit des Umschaltens durch ein Zeitkontaktwerk kurzgeschlossen wird, dessen Laufzeit durch ein Potentiometer der Schaltzeit der Ventile angepaßt werden kann.

Diese neuartige Steuerung kann für die verschiedensten Anwendungsgebiete in Frage kommen, z. B. für die Wassergaserzeugung, Aktivkohleanlagen, Gelanlagen für Lufttrocknung sowie für alle thermischen und chemischen Prozesse, bei denen Ventile, Schieber, Füllvorrichtungen usw. in stets wiederkehrender Reihenfolge betätigt werden. Dabei kann mit dem Zeitkontaktwerk auch die Ein- und Ausschaltung von Gebläsen, Pumpen u. dgl. gekoppelt werden.

Da bei den chemischen Prozessen durch Änderung der Temperatur, Ausgangsstoffe u. dgl. sich oftmals die eine oder andere Zeit ändern muß, wird für das Zeitkontaktwerk erfindungsgemäß der Antrieb durch einen Wirbelstrommotor gewählt. Durch Einschalten eines oder mehrerer Potentiometer können die Zeiten für einen oder mehrere Arbeitsgänge derart geändert werden, daß durch dieses Potentiometer die Laufzahl des Wirbelstrommotors im Zeitkontaktwerk beschleunigt oder verlangsamt wird und dadurch die Schaltzeit der gesamten Apparatur dem jeweiligen Stand des Prozesses angepaßt wird. In manchen anderen Prozessen ist es notwendig, den einen oder anderen Teil des Prozesses bis zur Erreichung einer bestimmten Temperatur, eines bestimmten Druckes, eines bestimmten Niveaus od. dgl. aufrechtzuerhalten. In diesem Falle bildet man das Zeitkontaktwerk so aus, daß es stillgesetzt wird, wenn dieser Prozeßteil erreicht ist.

Die Weiterschaltungen des Drehschiebers werden durch mit Kontakten ausgestattete Meßinstrumente, wie Druckmesser, Thermometer, Höhenstandanzeiger od. dgl., gegeben, und das Kontaktwerk wird stillgesetzt, wenn die nächste Weiterschaltung durch ein Meßinstrument erfolgen soll und durch die Kontaktgabel des Meßinstrumentes das Zeitkontaktwerk wieder eingeschaltet wird. Dabei ist es ganz gleich, ob die Weiterschaltung des Steuerapparates durch das Meßinstrument oder durch Zeitkontaktwerk bei seinem Wiederanlauf gegeben wird.

Selbstverständlich ist es auch möglich, zwei oder mehrere derartige Weiterschaltungen durch Meßinstrumente zu erreichen.

Zweckmäßigerweise erhält der Steuerapparat außerdem noch einen Handantrieb. Dies macht sich insbesondere dann gut bemerkbar, wenn zum Zwecke des Anfahrens der Apparatur ganz andere Schaltzeiten erforderlich sind als im normalen Betrieb. Bei vielen Prozessen, wie z. B. bei der Erzeugung von Wasserstoff, würde das Versagen eines Ventils unter Umständen zu einer Gefährdung der Anlage durch Bildung von hochexplosiblen Gasgemischen führen. Zu diesem Zwecke schaltet man auf dem Steuerapparat eine Stellung ein, in der alle Ventile und sonstigen zu schaltenden Organe in einer Stellung sind, in der die zugehörige Anlage beliebig lange stehen kann, ohne daß eine Gefahr besteht oder Verluste auftreten können. Diese Stellung ist in der weiteren Beschreibung »Nullstellung« genannt.

An den einzelnen Preßwasserzylindern der Absperrorgane werden Kontakte angebracht, von denen jeweils diejenigen durch einen synchron mit dem Steuerapparat laufenden Kontroller in Reihe geschaltet werden, die bei der betreffenden Stellung der Absperrorgane elektrisch geschlossen sein sollen, und der Stromkreis, der durch diesen Kontroller geschlossen wird, wird als Schaltstromkreis für das Hauptschütz der gesamten elektrohydraulischen Steuerung benutzt, so daß bei Unterbrechung des Stromkreises, die bei Nichterreichen der Endstellung auch nur eines Ventils eintritt, die ganze Anlage stromlos wird. Während der Umschaltdauer der Absperrorgane wird durch ein weiteres Zeitkontaktwerk der Kontroller für die Zeitdauer des Umschaltens kurzgeschlossen, so daß in dieser Zeit der Stromkreis für das Schütz geschlossen bleibt, wobei durch einen Potentiometer die' Laufzeit des Zeitkontaktwerkes eingestellt werden kann.

Nach Ablauf dieser Zeit wird wieder auf den Kontroller geschaltet. Sind zu diesem Zeitpunkt nicht alle Ventile in ihre Endstellung gegangen, d. h. sind nicht alle in dieser Stellung zu schließenden Kontaktwerke geschlossen, so wird der Stromkreis, der über den Kontroller läuft, an irgendeiner Stelle unterbrochen. Hierdurch wird ein Schütz geschaltet und die Anlage auf Nullstellung gefahren.

Bei Ausfallen des Schützes wird ein in die Preßwasserzuleitung zum Steuerapparat eingebautes elektrisch betätigtes Ventil stromlos und geht dadurch in seine Ruhestellung, wodurch sämtliche Absperrorgane in Ruhestellung gehen.

Es kann auch die Anordnung getroffen werden, daß bei Ausfallen des Schützes ein beliebiger Antrieb des Steuerapparates in Tätigkeit gesetzt wird, der den Steuerapparat in Ruhestellung bringt.

Dies kann auf verschiedene Weise geschehen. Einmal kann man durch Einschalten einer Dauerstromgabe auf den Antriebsmotor des Steuerapparates

diesen in Dauerumdrehung versetzen, bis die Nullstellung erreicht ist, und durch einen besonders angeordneten Kontakt, der nur in der Nullstellung geöffnet wird, der Stromkreis unterbrochen werden, so daß der Steuerapparat in Nullstellung stehenbleibt. Ein zweiter Weg, der auch bei Stromloswerden der Anlage diese in die Nullstellung bringt, setzt voraus, daß an den einzelnen zu steuernden Apparaten Differenzkolben vorgesehen werden. Die kleine Fläche ίο steht dauernd unter Preßwasserdruck und würde die zu steuernden Aggregate in die bei Nullstellung bedingte Stellung drücken. Die größere Fläche wird durch den Steuerapparat das eine Mal unter Druck gesetzt, wodurch der Preßwasserkolben in die entgegengesetzte Richtung gedrückt wird, oder er wird durch den Steuerapparat drucklos gemacht, wodurch der Steuerkolben und dadurch das Ventil in die Stellung gelangen, die auch bei der Nullstellung in Frage kommt. Wird bei dieser Ausführung der Stromkreis über den Kontroller unterbrochen, so wird ein in die Preßwasserzuleitung zum Steuerapparat eingeschaltetes Dreiwegeventil drucklos gemacht und dadurch so umgeschaltet, daß die Preßwasserzufuhr zum Steuerapparat abgeschaltet und dadurch sämtliehe Steuerzylinder in die Nullstellung gebracht werden. Die Gesamtapparatur wird, soweit die Zufuhr über den Steuerapparat erfolgt, drucklos. Über besondere Schalter muß dann die Apparatur selbst in die Nullstellung gebracht werden, ohne daß hierbei eine Weiterschaltung erfolgt. Eine besondere Sicherung sorgt dafür, daß die Neueinschaltung des automatischen Betriebes erst von der Nullstellung aus erfolgen kann.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand für eine beispielsweise Ausführungsform schematisch dargestellt. In dem Ausführungsbeispiel sind nur drei Ventile angeführt; selbstverständlich kann diese Zahl beliebig groß sein.

Zu steuern sind die Ventile 1, 2, 3, die mit Differenzzylindern 4, 5 und 6 versehen sind. Diese Differenzzylinder besitzen Differenzkolben 7. Die Fläche I steht dauernd, die Fläche II nur bei entsprechender Schaltung des Steuerapparates unter Preßwasserdruck. Hierdurch wird der Hilfszylinder umgeschaltet und in bekannter Weise die Preßwasserzufuhr nach der einen oder anderen Seite des Hubzylinders geregelt. Die Preßwasserumsteuerung erfolgt durch den Steuerapparat 8, der mit Drehschieber 9 versehen ist, der durch Motor, Eldro-Gerät, Hubmagnet od. dgl. angetrieben wird. Von dem Drehschieber 9, der auf dem Spiegel 10 läuft, wird die Preßwasserzufuhr zu den Zylindern 4, 5 und 6 oder die Drucklosmachung dieser Zuleitungen geregelt. Zu jedem der Zylinder 4, 5 und 6 führt eine Leitung 4 a, 5 a, 6 a, während durch die Leitung 11 das Preßwasser dem Steuerapparat zugeführt und durch die Leitung 12 das drucklose Wasser abgeführt wird. In den Laternen der Hubzylinder i, 2 und 3, die Verbindung mit den zu schaltenden Organen darstellend, sind je zwei Ventilkontakte 13 und 14, 15 und 16, 17 und 18 angebracht. Der KontroUer 19 enthält zwei Anschlüsse für jeden der Ventilkontakte, und zwar gehören die Anschlüsse 20 und 21 zum Ventilkontakt 13, die Anschlüsse 22 und 23 zum Ventilkontakt 14, die Anschlüsse 24 und 25 zum Ventilkontakt 15, die Anschlüsse 26 und 27 zum Ventilkontakt 16, die Anschlüsse 28 und 29 zum Ventilkontakt 17, die Anschlüsse 30 und 31 zum Ventilkontakt 18.

Durch den Anschluß 32 wird der Strom zugeführt, durch den Anschluß 33 weitergeleitet zum Selbsthalterelais 34, welches den gesamten Strom abschaltet, wenn die geschalteten Kontakte nicht geschlossen sind. Bei geöffnetem Ventil 1, geschlossenem Ventil 2 und geöffnetem Ventil 3 (wie gezeichnet) sind die Ventilkontakte 13, 16 und 17 elektrisch geschlossen. Durch den KontroUer wird also der Stromkreis wie folgt geschlossen: Von Anschluß 32 nach Anschluß 20, nach Ventilkontakt 13, nach Anschluß 21, nach Anschluß 26, nach Ventilkontakt 16, nach Anschluß 27, nach Anschluß 28, nach Ventilkontakt 17, nach An-Schluß 29, nach Anschluß 33. Ein Zeitkontaktwerk 35 schließt während seiner Laufzeit von beispielsweise 5 Sekunden den Stromkreis von Anschluß 33 nach Anschluß 32 kurz. Während dieser Zeit müssen die Ventile in die neu eingestellte Stellung gehen. Nach der eingestellten Zeit wird wieder auf den KontroUer geschaltet. Ist der oben gekennzeichnete Weg geschlossen, so bleibt das Selbsthalterelais unter Strom, und die Anlage läuft wie eingeschaltet weiter. Ist der Kontakt aus irgendeinem Grunde nicht geschlossen, so ist ein Fehler in der Schaltung; das Selbsthalterelais 34 wird stromlos, es fällt ab und trennt damit die Zufuhr des elektrischen Stromes zur Anlage. Die gesamte Anlage wird ausgeschaltet, und zwar wird das Dreiwegeventil 36 stromlos und dadurch, wie oben beschrieben, die Preßwasserzufuhr zum Schaltapparat abgeschaltet. Alle Ventile gehen in die Nullstellung. Dieses Dreiwegeventil 36 ist in die Preßwasserzuleitung 11 eingeschaltet und wird durch Magnet, Eldro-Gerät od. dgl. betätigt. Solange der Strom eingeschaltet ist, erfolgt die Preßwasserzufuhr durch das Rohr 11 zum Steuerapparat. Wird es stromlos, so wird die Preß wasserleitung 11 durch dieses Dreiwegeventil drucklos gemacht, so daß durch die Differenzkolben alle Ventile in die Nullstellung gehen.

Bei anderen Stellungen der Ventile ergeben sich andere Schaltungen für den KontroUer in analoger Weise. Bei einer größeren Anzahl von Ventilen ist die Anzahl der Anschlüsse im KontroUer entsprechend zu vergrößern. Die Kontaktgabe für den z. B. mittels Getriebemotor 37 angetriebenen Steuerapparat 8 erfolgt durch das Zeitkontaktwerk 38. Dieses durch Wirbelstrommotor angetriebene Zeitkontaktwerk gibt in einem vorher eingesteUten Rhythmus Schaltimpulse über entsprechende Relais und Schütze auf den Antriebsmotor.

Nach einer Umdrehung der AntriebsweUe des Getriebemotors 37 wird durch einen Kontakt 39 die Stromzufuhr unterbunden, und die Selbsthalterelais fallen ab, so daß der Motor stehenbleibt. Die Zahl der Kontakte, die das Zeitkontaktwerk gibt, korrespondiert mit der Zahl der Schaltstellungen des Steuerapparates. Im vorliegenden FaUe sind sechs Schaltstellungen angenommen, so daß bei sechs Schaltungen der Drehschieber 9 eine Umdrehung

gemacht hat. Das Klinkenrad für den Antrieb erhält ebenfalls sechs Zähne, so daß jede Weiterschaltung ¹Z₆ Umdrehung des Drehschiebers bedingt. Von den sechs eingestellten Zeiten a, b, c, d, e, f sollen drei, und zwar die Zeiten b, c und f, beispielsweise verschieden einstellbar sein. Dies bedingt die Einschaltung von drei Potentiometern 40, 41 und 42, die jeweils nur während der Laufzeit von α nach b für Potentiometer 40, von b nach c für Potentiometer 41 und von e- nach f für Potentiometer 42 in die Stromzufuhr vom Wirbelstrommotor eingeschaltet sind. Das Zeitkontaktwerk 38 erhält entsprechende Kontakte, die außer der Schaltung des Steuerapparates die Einschaltung dieser Potentiometer bewirken.

Während der übrigen Laufzeiten ist die Umdrehungszeit des Wirbelstrommotors konstant.

Soll in besonderen Fällen eine Schaltung durch ein Thermometer bewirkt werden, so wird im vorliegenden Fall, wenn diese Schaltung zwischen den Stellungen c und d durch ein Thermometer erfolgen soll, das Zeitkontaktwerk durch Einbau eines entsprechenden Kontaktes nach der bewirkten Schaltung c stillgesetzt. Erreicht das Thermometer 43 die entsprechende Temperatur, so wird in diesem Thermometer ein elektrischer Kontakt geschlossen. Dieser Kontakt wird zum Zeitkontaktwerk 38 geleitet und hierdurch das Zeitkontaktwerk wieder eingeschaltet, so daß nach dem Wiederanlauf die Schaltung i£ erfolgt. Es können mehrere derartige Schaltungen durch mit Kontakten ausgerüstete Meßinstrumente in den gesamten Arbeitsprozeß eingegliedert werden, wobei jede in der vorgeschriebenen Art vorgenommen wird.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Steuervorrichtung für periodisch mit Gas, Luft, Dampf und/oder Flüssigkeiten zu betreibende chemische Anlagen, z. B. zur Erzeugung von Wasserstoff nach dem Eisen-Wasserdampf-Verfahren, mittels eines zentralen Drehschiebers, dessen Antrieb durch einen Getriebemotor erfolgt, der durch ein an sich bekanntes Zeitschaltwerk in verschiedenen Zeitabständen eingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Weiterschaltung der durch den Drehschieber (9, 10) zu betätigenden Ventile durch einen mit dem Drehschieber synchron geschalteten elektrischen Kontroller (19) und die Überwachung der Stellung der Ventile durch den Ventilen zugeordnete Überwachungskontakte derart erfolgt, daß die bei der jeweiligen Stellung geschlossenen Ventilkontakte in Reihe geschaltet werden und dieser so geschlossene Stromkreis als Haltestromkreis für ein die ganze Anlage versorgendes Hauptschütz (44) dient und während der Ventilbetätigung der Kontroller (19) für die Zeit des Umschaltens durch ein Zeitkontaktwerk (35) kurzgeschlossen wird, dessen Laufzeit durch ein Potentiometer der Schaltzeit der Ventile angepaßt werden kann.
2. 2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfallen des Schützes (44) ein in die Preßwasserzuleitung zum Steuerapparat (8) eingebautes elektrisch betätigtes Ventil (36) stromlos wird und dadurch in seine Ruhestellung geht, wodurch sämtliche Absperrorgane in die Ruhestellung gehen.
3. 3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfallen des Schützes (44) ein beliebiger Antrieb des Steuerapparates in Tätigkeit gesetzt wird, der den Steuerapparat in Ruhestellung bringt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 555 454, 555 762, 578021, 625830, 739148;

   österreichische Patentschrift Nr. 135 680; USA.-Patentschriften Nr. 2 281 553, 2 173 798, 195 219, 2 208 753, 2 273 275;

   französische Patentschrift Nr. 981 353.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 009 575/21 8.60