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Einrichtung zum Abführen einer Mindestflüssigkeitsmenge bei Schwach-
und Nullastbetrieb von Kreiselpumpen, insbesondere Hochdruck-Kesselspeisepumpen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Abführen einer Mindestflüssigkeitsmenge
bei Schwach- und Nullastbetrieb von Kreiselpumpen, insbesondere Hochdruck-Kesselspeisepumpen,
mit einem in eine Ablaufleitung eingebauten, hydraulisch gesteuerten Mindestmengenventil
und einem in die Druckleitung der Kreiselpumpe eingeschalteten, mit einem. zwangläufig
gesteuerten Nebenauslaß versehenen strömungsbetätigten Ventil, wobei letzteres als
Impulsgeber für die Betätigung des Mindestmengenventils dient.
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Einrichtungen zum Abführen einer Mindestflüssigkeitsmenge dienen dazu,
Kreiselpumpen bei Schwach-und Nullastbetrieb vor einer unzulässig hohen Erwärmung
der Förderflüssigkeit und. damit vor Schäden zu bewahren. Die Steuerung. einer solchen
Mindestmengeneinrichtung kann beispielsweise. in Abhängigkeit- von-den in Druck-
und Saugstutzen der Pumpe auftretenden- Temperaturen erfolgen. Es ist eine solche
Einrichtung bekannt, bei der Druck- und Saugstutzen über Leitungen mit Thermostaten
verbunden sind; ein den Thermostaten nachgeschalteter Geber gibt bei Ansteigen der
Temperaturdifferenz zwischen Druck- und Saugseite .über einen festgelegten Höchstwert
einen Impuls zum Öffnen eines Mindestmengenventils.
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Es ist eine weitere temperaturabhängige Mindestmengensteuerung bekannt,
die in ähnlicher Weise arbeitet. An Druck- und Saugstutzen der Pumpe sind Temperaturfühler
angeordnet, die bei Überschreitung der zulässigen Temperaturdifferenz über eine
Vergleichsanordnung einen Impuls zur Betätigung eines Verstellmotors für ein in
einer Nebenauslaßleitung angeordnetes Ventil geben.
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Solche temperaturabhängig arbeitenden Mindestmengeneinrichtungen steuern
den Nebenauslaß ohne Anzapfen einer Zwischenstufe der Pumpe. Der Nachteil dieser
sekundär wirkenden Steuerungen liegt jedoch darin, daß bei Übergang zu Schwach-
oder Nulllastbetrieb zwischen dem Absinken der Fördermenge und dem öffnen des Mindestmengenventils
eine Verzögerung eintritt, da erst bei einem Ansteigen der Temperaturdifferenz über
die festgelegte Grenze der Impuls zur Betätigung des Verstellmotors gegeben wird.
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- Es wurde auch schon eine Steuervorrichtung für die Regelung des
Rückflusses in Pumpenanlagen vorgeschlagen, die in Abhängigkeit von dem Druckunterschied
zwischen dem Dampfdruck und dem Druck der gepumpten Flüssigkeit arbeitet. Diese
Steuervorrichtung besteht im wesentlichen aus einem das Mindestmengenventil über
einen-Hebel betätigenden Druckunterschiedsmesser, der mit zwei durch Membranen begrenzten
Kammern versehen ist, wobei die eine Kammer mit dem Druck der letzten Pumpenstufe
und die andere Kammer mit dem der Temperatur des Fördermediums am Druckstutzen entsprechenden
Dampfdruck beaufschlagt wird. Zur Erstellung des Dampfdruckes wird eine vom Fördermedium
umflossene abgedichtete Kapsel verwendet, die teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt
ist, die die gleiche Dampfspannungskurve wie die Förderflüssigkeit besitzt.
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Diese sättigungsdruckabhängige Steuereinrichtung wirkt, ebenso wie
die temperaturabhängigen Steuereinrichtungen nur sekundär. Die Erstellung des der
Temperatur des Fördermediums entsprechenden Dampfdruckes bringt jedoch noch eine
weitere Verzögerung mit sich, die bei plötzlichem Absinken der Fördermenge zur Gefährdung
der Pumpe führen kann.
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Die-geschilderten Mängel der sekundär wirkenden temperatur- und sättigungsdruckabhängig
gesteuerten Einrichtungen zum Abführen einer Mindestflüssigkeitsmenge bei Schwach-
und Nullastbetrieb wurden bereits von den primär wirkenden mengenabhängig gesteuerten
Mindestmengeneinrichtungen überwunden. Solche Einrichtungen sind mit einem in die
Druckleitung der Kreiselpumpe eingeschalteten strömungsbetätigten Ventil versehen,
über dessen zwangläufig gesteuerten Nebenauslaß der Impuls zur Betätigung eines
in eine Ablaufleitung eingebauten, hydraulisch gesteuerten Mindestmengenventils
gegeben wird.
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Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art ist der Nebenauslaß des
strömungsbetätigten Ventils mit
dem Steuerzylinder des Mindestmengenventils
verbunden. Die Steuerung des Mindestmengenventils erfolgt derart, daß der Nebenauslaß
des strömungsbetätigten Ventils bei übergang zu Schwach- oder Nullastbetrieb zwangläufig
geöffnet wird, wodurch der Steuerzylinder des Mindestmengenventils mit dem Enddruck
der Kreiselpumpe beaufschlagt und so das Mindestmengenventil gegen den Druck einer
Feder geöffnet wird. Diese bekannte Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß der
volle Pumpendruck am Mindestmengenventil herrscht, wodurch am Verschlußstück und
Ventilsitz des Mindestmengenventils ein großer Verschleiß auftritt.
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Zur Vermeidung dieses Nachteiles wurde bereits vorgeschlagen, zwischen
der Druckleitung der Kreiselpumpe vor dem strömungsbetätigten Ventil und dem Mindestmengenventil
eine Drosselstelle einzuschalten. Dadurch wird die Mindestflüssigkeitsmenge vor
dem Eintritt in das Mindestmengenventil auf den im Sammelbehälter herrschenden Druck
entspannt, wodurch der Verschleiß an den Teilen des Mindestmengenventils vermieden
werden konnte. Da der Steuerkolben des Mindestmengenventils einerseits mit dem Pumpendruck,
andererseits aber mit dem konstanten Druck einer Schraubendruckfeder beaufschlagt
wird, ist diese Einrichtung für Pumpen mit unterschiedlichem Enddruck weniger gut
geeignet.
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Zur überwindung dieses Nachteiles ist ferner vorgeschlagen worden,
den Steuerzylinder des Mindestmengenventils auf der einen Seite mit dem Druck einer
niederen, vorzugsweise mit der vorletzten Stufe der Kreiselpumpe und auf der anderen
Seite mit dem Enddruck der Kreiselpumpe zu beaufschlagen. Dadurch wird die Steuerung
der Mindestflüssigkeitsmenge, also das Öffnen und Schließen des Mindestmengenventils,
wesentlich genauer, denn der Druck aus einer Pumpenzwischenstufe ist im Gegensatz
zum konstanten Druck einer mechanischen Feder immer proportional dem Enddruck der
Kreiselpumpe.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine genaue Steuerung des Mindestmengenventils
auch bei solchen Kreiselpumpen zu ermöglichen, bei denen ein Anzapfen einer Zwischenstufe
der Pumpe nicht möglich ist. Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Einrichtung
der eingangs beschriebenen Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Ablaufleitung
parallel zum Mindestmengenventil eine Drosselstelle angeordnet ist, von der eine
Steuerleitung zum Betätigungsorgan des Mindestmengenventils führt. Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, daß man bei Anordnung einer Drosselstelle zwischen einer
Stelle, an der der Enddruck der Pumpe herrscht und einer anderen Stelle, an der
der Zulaufdruck der Pumpe herrscht, an dieser Drosselstelle praktisch jeden gewünschten
Zwischendruck zwischen Enddruck und Zulaufdruck für Steuerzwecke entnehmen kann.
Durch das Anzapfen dieser Drosselstrecke kann man also den gleichen Zwischendruck
erhalten wie durch das Anzapfen einer Zwischenstufe der Kreiselpumpe. Die erfindungsgemäße
Lösung findet hauptsächlich Anwendung bei sogenannten wärmeelastischen Pumpen oder
bei sogenannten Topfpumpen, bei denen aus konstruktiven Gründen die Zwischenstufen
nicht mit Anzapfstutzen ausgerüstet werden können. Sie ist jedoch auch für den nachträglichen
Anbau an bereits in Betrieb befindliche Kreiselpumpen vorgesehen.
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In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist die Drosselstelle
in zwei Teile aufgeteilt, zwischen denen die Steuerleitung mündet. Der eine Teil
der Drosselstelle, der vor dem Mindestmengenventil mit der Ablaufleitung verbunden
ist, hat vorteilhaft einen größeren Querschnitt als der andere Teil, der hinter
dem Mindestmengenventil in die Ablaufleitung mündet. Auf diese Weise ist auch bei
Mitführen von Verunreinigungen und ein dadurch bedingtes Zusetzen der Drosselstelle
immer noch ein einwandfreies Abführen der Mindestflüssigkeitsmenge gewährleistet.
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Der der Drosselstelle entnommene Zwischendruck kann auf einen direkt
mit dem Mindestmengenventil verbundenen Servomotor einwirken. In diesem Fall verbindet
eine Steuerleitung die Drosselstelle mit den Zylinderräumen des Servomotors. Eine
weitere Drosselstelle sorgt dabei bei geschlossenem Nebenauslaß des strömungsbetätigten
Ventils für Druckausgleich zwischen den beiden Zylinderräumen.
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Es ist jedoch auch möglich, dem Servomotor des Mindestmengenventils
ein Hilfssteuerventil vorzuschalten. Durch diese Maßnahme läßt sich die Reaktionszeit
des Mindestmengenventils wesentlich verkürzen. Bei Verwendung eines Hilfssteuerventils
ver= bindet eine Steuerleitung die Drosselstelle mit den Zylinderräumen des Servomotors
des Hilfssteuerventils, wobei auch hier die Zylinderräume des Servo= motors über
eine Drosselstelle zum Zweck des Ausgleichs des Druckes in den beiden Zylinderräumen
bei geschlossenem Nebenauslaß verbunden sind.
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Die Zeichnungen veranschaulichen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung,
es zeigt F i g. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Abführen einer Mindestwassermenge
bei Schwach-und Nullastbetrieb von Kreiselpumpen und F i g. 2 eine weitere erfindungsgemäße
Einrichtung dieser Art, jedoch mit vorgeschaltetem Hilfssteuerventil.
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In die Druckleitung 1 einer Kesselspeisepumpe 2 ist
ein strömungsbetätigtes Ventil 3 eingebaut, welches mit einem zwangläufig gesteuerten
Nebenauslaß 4 und einem ständig geöffneten Nebenauslaß 5 versehen ist. Vom
Nebenauslaß 5 führt eine Ablaufleitung 6 über ein Mindestmengenventil 7 zum
(nicht gezeigten) Sammelbehälter. Vor und hinter dem Mindestmengenventil 7 befindet
sich je ein Absperrventil 8 und 9. Von der Ablaufleitung 6 ist eine sogenannte Handfahrleitung
10 abgezweigt, die mit einem Absperrventil 11 und einem Drosselorgan 12 versehen
ist und hinter dem Mindestmengenventil 7 wieder in die Ablaufleitung 6 mündet.
In der Ablaufleitung 6 ist vor dem Mindestmengenventil 7 eine in dessen Gehäuse
einbezogene Drosselstelle 13 angeordnet. Vom zwangläufig gesteuerten Nebenauslaß
4 des strömungsbetätigten Ventils 3 führt eine Steuerleitung
14, in der ein Absperrventil 15 angeordnet und an die ein Manometer 16 angeschlossen
ist, zum Zylinderraum 17 des Servomotors 18. Der Zylinderraum 17 ist über
ein Sieb 19, eine Drosselstelle 20 und eine Steuerleitung 21 mit einer Drosselstelle
22 verbunden, und zwar wird die Drosselstelle 22 entsprechend der erforderlichen
Höhe des Steuerdruckes mehr oder weniger weit von der Mitte entfernt angezapft.
Eine Leitung 23 zwischen der Steuerleitung 21 und dem Zylinderraum 24 des
Servomotors dient als Ausgleichsleitung. Die Drosselstelle 22 wird durch die Verbindung
mit der Steuerleitung 21 in einen Teil 22 a und einen Teil
22 b aufgeteilt, wobei der Querschnitt des Teiles 22 a
größer ist als
der Querschnitt des Teiles 22b. Der Teil 22 a ist mit der aus dem Mindestmengenventil
7
austretenden Ablaufleitung 6 verbunden, während der Teil 22 b
über eine Leitung 25, in der ein Sieb 26 eingeschaltet ist, vor der Drosselstelle
13 an die Ablaufleitung 6 angeschlossen ist. Am Servomotor 18 ist eine Feder 27
vorgesehen, die den Schließvorgang einleitet und das Mindestmengenventil 7 geschlossen,
hält.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Das strömungsbetätigte Ventil 3 öffnet
bei nachlassender Fördermenge den Nebenauslaß 4, wodurch der Zylinderraum 7 des
Servomotors 18 mit dem Pumpendruck beaufschlagt wird. Da unter dem Kolben 28 des
Servomotors 18 der Anzapfdruck der parallel zum Mindestmengenventil 7 geschalteten
Drosselstelle 22 herrscht, wird durch den Kolben 28 des Servomotors 18 das Mindestmengenventil7
geöffnet. Wenn der Nebenauslaß 4 des strömungsbetätigten Ventils 3 infolge steigender
Fördermenge wieder geschlossen wird, so gleicht sich der Druck in den Zylinderräumen
17 und 24 über die Drosselstelle 20 aus, und die Feder 27 schließt
das Mindestmengenventil 7, das nun durch den auf den Ventilteller wirkenden Pumpendruck
geschlossen gehalten wird. Eventuell mitgeführte Verunreinigungen werden in den
Sieben 19 und 26 abgefangen, die so angeordnet sind, daß bei ihrem Verstopfen das
Abführen der Mindestwassermenge nicht gefährdet wird.
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Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist zur Verkürzung der Reaktionszeit
dem Servomotor 18 ein Hilfssteuerventil29 vorgeschaltet. Dieses besteht im wesentlichen
aus einem Servomotor 30 mit einem Kolben 31, einem oberen Zylinderraum 32, einem
unteren Zylinderraum 33 und einer Feder 34. Die Leitung 14 mündet in den unteren
Zylinderraum 33, vor der Mündung ist eine Leitung 35 abgezweigt, in die eine Drosselstelle
36 sowie ein Sieb 37 eingeschaltet sind und die mit dem oberen Zylinderraum 32 des
Servomotors 30 verbunden ist. Von der Leitung 35 führt eine weitere Steuerleitung
38 zur Drosselstelle 22 zwischen die beiden Teile 22 a und 22 b. Die
eine Seite des Hilfssteuerventils 29 ist über eine Leitung 39 mit einem Raum 40
zwischen der Drosselstelle 13 und dem Mindestmengenventil 7 verbunden, während die
andere Seite des Hilfssteuerventils 29 über eine Leitung 41, in der ein Sieb 42
angeordnet ist, an den oberen Zylinderraum 17 des Servomotors 18 des Mindestmengenventils
7 angeschlossen ist. Zwischen dem Zylinderraum 17 und der Umlaufleitung befindet
sich eine Drosselstelle 43. Der untere Zylinderraum 24 ist über die Leitung 23'
mit der Umlaufleitung 6 verbunden. Zwischen den beiden an das Hilfssteuerventil
29 angeschlossenen Leitungen 39 und 41 ist eine Leitung 44 vorgesehen.
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Bei nachlassender Fördermenge wird der Nebenauslaß 4 des strömungsbetätigten
Ventils 3 geöffnet, und der Pumpendruck wirkt über die Leitung 14 auf den unteren
Zylinderraum 33 des Servomotors 30. Da über dem Kolben 31 im Zylinderraum 32 durch
die Dresselstelle 36 in der Leitung 35 ein niedrigerer Druck als der Pumpenenddruck
herrscht, wobei die Höhe des niedrigeren Druckes durch geeignete Abstufung der beiden
Teile 22 a und 22 b der Drosselstelle 22, die über die Leitung 38
mit dem oberen Zylinderraum 32 verbunden ist, festgelegt ist, wird der Kolben 31
nach oben bewegt und dadurch das Hilfssteuerventil 29 geöffnet. Die Feder 34 wirkt
im öffnenden Sinn und hält das Hilfssteuerventil 29 bei abgestellter Kreiselpumpe
2 offen. Durch die Leitung 39 gelangt bei geöffnetem Hilfssteuerventil 29 Pumpenenddruck
durch die Leitung 41 zum oberen Zylinderraum 17 des Servomotors 18. Da im unteren
Zylinderraum 24 nur der Zulaufdruck herrscht, wird der Kolben 28 nach unten gedrückt,
und das Mindestmengenventil 7 geöffnet, so daß die Mindestflüssigkeitsmenge in den
Sammelbehälter abfließen kann.
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Bei ansteigender Fördermenge wird der Nebenauslaß 4 des strömungsbetätigten
Ventils 3 geschlossen. Der im unteren Zylinderraum 33 des Servomotors 30 herrschende
Druck gleicht sich über die Drosselstelle 36 in der Leitung 35 dem Druck in der
Drosselstelle 22 zwischen deren Teilen 22 a und 22 b an, so daß zwischen den beiden
Zylinderräumen 32 und 33 Druckausgleich herrscht. Infolge der Flächendifferenz an
beiden Stirnseiten des Kolbens 31 schließt der Servomotor 30 das Hilfssteuerventil
29. Bei geschlossenem Hilfssteuerventil 29 baut sich der in der Leitung 41 und im
oberen Zylinderraum 17 des Hilfssteuerventils 18 herrschende Druck über die Drosselstelle
43 auf den in der Ablaufleitung 6 herrschenden Zulaufdruck ab, und die beiden Verbindungen
über die Drosselstelle 43 und die Leitung 23' von den beiden Zylinderräumen 17 und
24 zur Ablaufleitung 6 sorgen für Druckgleichheit im Servomotor 18. Dadurch kann
die Feder 27 das Mindestmengenventil 7 schließen.