DE2263754A1

DE2263754A1 - Vorrichtung zum bestimmen der enthalpie eines dampfes

Info

Publication number: DE2263754A1
Application number: DE2263754A
Authority: DE
Inventors: Febve De Vivy Dominique Le
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1972-12-20
Filing date: 1972-12-28
Publication date: 1974-07-18
Also published as: CA1010678A; FR2211650A1; NL161276C; DE2263754B2; JPS4991489A; FR2211650B1; NL7300703A; IT1002259B; GB1450541A; SE395535B; US3866026A; CH559941A5; ES421628A1; BE808727A; NL161276B

Description

P.4654/Stev

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

Vorrichtung zum Bestimmen der Enthalpie eines Dampfes

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der Enthalpie eines Dampfes aus den Messgrössen Druck und Temperatur, unter Verwendung von Analog-Rechengliedern, mit einem zwei Eingänge aufweisenden Funktionsgeber, dessen einem Eingang eine der beiden Messgrössen aufgeschaltet ist.

Eine solche Vorrichtung ist bekannt aus der "VDI Zeitschrift" Heft 14, 1971, Seite 1096-1099. Bei der bekannten Vorrichtung werden den beiden Eingängen die Messgrössen Druck und Temperatur zugeführt, aus denen mit Hilfe des Punktionsgebers die Enthalpie des Dampfes berechnet wird. Am Ausgang der Vorrichtung tritt ein der berechneten Grosse entsprechendes Signal auf, das dann beispielsweise zur Beeinflussung der Speisewasserzufuhr eines Dampferzeugers verwendet werden kann. Der bekannten Vorrichtung liegt die Kochsche Zustandsgieichung für die spezifische Enthalpie zugrunde, die als Gleichung (12) in dem genannten Aufsatz wiedergegeben ist. In dieser

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Gleichung kommen gebrochene Exponenten vor, die bei der technischen Realisierung des Funktionsgebers zu sehr komplizierten und damit teuren Bauteilen und Schaltungen führen. Dazu kommt noch, dass der von der Vorrichtung erfasste Enthalpiebereich relativ klein ist, weil wegen der vorgenommenen Approximationen der Rechengenauigkeit bestimmte Grenzen gesetzt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung so zu verbessern, dass Rechenglieder, in denen Exponentialfunktionen nachgebildet werden müssen, vermieden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Vorrichtung einen Integralregler aufweist, dem eingangsseitig der Ausgang des Funktionsgebers als Istwert und die andere der beiden Messgrössen als Sollwert aufgeschaltet sind und dessen Ausgang einerseits mit dem zweiten Eingang des Funktionsgebers verbunden ist und andererseits den Ausgang der Vorrichtung bildet.

Bei der neuen Vorrichtung wird nur eine der beiden Messgrössen dem Eingang des Funktionsgebers zugeführt, während die andere Messgrösse mit der Ausgangsgrösse des Funktionsgebers nach Art eines Soll-/Istwert-Vergleichs verglichen wird. Der Ausgang des Integralreglers stellt dann die Enthalpie dar,

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die einerseits dem zweiten Eingang des Funxtionsgebers und andererseits dem Verwendungszweck zugeführt wird. Mit der neuen Vorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass im Funktionsgeber nur Multiplikatoren verwendet werden, die in ihrem Aufbau wesentlich einfacher und damit billiger sind als die Rechenglieder zur Nachbildung der Exponentialfunktionen in der bekannten Vorrichtung. Darüber hinaus ergibt sich für die neue Vorrichtung eine grössere Genauigkeit oder, wenn man eine gleich grosse Genauigkeit wie bei der bekannten Vorrichtung zulässt, ein grösserer Arbeitsbereich für die neue Vorrichtung. Diese neue Vorrichtung ist bezüglich Aufwand an Rechengliedern und Genauigkeit auch besser als eine fiktive Vorrichtung, deren Funktionsgeber die Enthalpie als Funktion von Druc-c und Temperatur unter Zugrundelegung eines Polynoms mit ganzen Exponenten nachbilden würde. In diesem Falle würden nämlich sehr viele Multiplikatoren notwendig, beispielsweise 41, je nachdem wie hoch man die Genauigkeit treiben will. Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung kommt man durch das Anordnen des Integralreglers auf eine verhältnismässig kleine Zahl von Multiplikatoren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Zwangdurchlaufdampferzeuger mit einer Vorrichtung nach der Erfindung und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung mit einer Schaltung für den Funktionsgeber.

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Gemäss Fig. 1 besteht der Zwangdurchlaufdampferzeuger 1 aus vier hintereinander geschalteten Heizflächen, von denen -in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels gesehen -- die erste eine Economiserheizfläche 4, die zweite eine Verdampferheizfläche 5, die dritte eine Vorüberhitzerheizfläche 6 und die vierte eine Endüberhitzerheizfläche 7 bildet. Die Speisewasserzufuhr zum Dampferzeuger wird mit Hilfe eines Speiseventils 2 eingestellt, und zwar in Abhängigkeit von dem aus der erfindungsgemässen Vorrichtung 10 austretenden, die Zustandsgrösse Enthalpie darstellenden Signal.

Zwischen der Verdampferheizfläche 5 und der Vorüberhitzerheizfläche 6 sind ein Temperaturfühler 12 und ein Druckfühler 11 vorgesehen, die inmchstehend beschriebener Weise mit der Vorrichtung 10 zur Bestimmung der Enthalpie verbunden sind. Diese Vorrichtung 10 besteht im wesentlichen aus einem Funktionsgeber 13 und einem Integrator 14, die so geschaltet sind, dass die beiden Eingänge des Funktionsgebers mit dem Ausgang des Temperaturfühlers 12 sowie dem Ausgang des Integrators verbunden sind, wogegen der Ausgang des Funktionsgebers zu einer Vergleichsstelle 15 führt, die mit dem Ausgang des Druckfühlers 11 verbunden ist und die auf den Eingang des Integrators geschaltet ist. Der Ausgang des Integrators 14 bildet ausserdem den Ausgang der Vorrichtung 10, die mit dem Speiseventil 2 in Wirkverbindung steht. In dem Funktionsgeber 13 wird ein Signal gebildet, das einen berechneten Wert für den Druck des Dampfes zwischen der Verdampferheizfläche 5 und der Vorüberhitzerheizfläche 6 bildet und das als Istwert mit dem vom Fühler 11 ge-

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messenen Druck als Sollwert verglichen wird. Die aus diesem Vergleich resultierende Abweichung wird im Integrator 14 integriert, woraus ein Wert für die Enthalpie entsteht, der dann einerseits dem Eingang des Funktionsgebers 13 und andererseits dem Speiseventil 2 zugeführt wird.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung

ist abweichend von Fig. 1 nicht ein Integrator mit davon ge trenntem Vergleichspunkt vorhanden, sondern es wird statt dessen ein I-Regler 14' verwendet, dem das vom Funktionsgeber 13 kommende Signal und das vom Druckfühler 11 kummende Signal getrennt zugeführt werden, so dass der Vergleich zwischen diesen beiden Signalen im I-Regler stattfindet. Gemäss Fig. 2 liegt der Schaltung für den Funktionsgeber 13 folgende Gleichung zugrunde:

^a00

+ a_nt + a₁₂t² + a₁₃t³ + "a^t⁴) . i

2 3 4 2 + ^3*· ⁺ ^a24^t ^ * ^

. i³

Der Punkt 45 der Schaltung bildet den einen Eingang des Fun'-ctionsgebers, dem die vom Temperaturfühler 12 kommende Messgrösse Temperatur .t zugeführt wird. Der zweite Eingang des Funktions-

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gebers wird vom Punkt 46 gebildet, dem vom I-Regler 14' kommend die Ausgangsgrösse i zugeführt wird. Den Ausgang des Funktionsgebers bildet der Punkt 47, von dem aus die berechnete Grosse Druck ρ als Istwert dem I-Regler 14' zugeführt wird. Am Punkt 48 wird der Schaltung ein konstantes Signal η zugeführt, zum Beispiel in Form einer Referenzspannung.

Am Punkt 45 ist eine Kette von drei Multiplikatoren 50, 51, angeschlossen. Im Multiplikator 50 wird das Temperatursignal t mit sich selbst multipliziert, so dass am Ausgang das Produkt

t ansteht. Dieses Produkt wird im Multiplikator 51 wiederum mit dem Temperatursignal t multipliziert, so dass das Produkt

t . entsteht. Entsprechend wird im Multiplikator 52 das Produkt t gebildet. Von der Kette der drei Multiplikatoren 50 bis 52 zweigen vier Signalverteilleitungen 55, 56, 57 und 58 ab, die die Signale t, t , t bzw. t führen. Parallel zu diesen vier Leitungen 55 bis 58 erstreckt sich vom Punkt 48 aus eine Signalverteilleitung 59 für das Signal n. Von diesen fünf Verteilleitungen 55 bis 59 führen fünf Signalzweigleitungen 60 zu einem Summierglied 70. In jeder Zweigleitung 60 ist ein Signalteiler 75, beispielsweise in Form eines Potentiometers, angeordnet, der durch einen Kreis dargestellt ist. Die Signalteiler 75 lassen einen fest einstellbaren Teil des in der zugehörigen Signalverteilleitung anstehenden Signals durch. Jeder Kreis entspricht einem der in der obigen Gleichung enthaltenen Koeffizienten a und ist dementsprechend mit deren Indizes 00, 01 usw. bezeichnet. Die über die fünf Zweigleitungen 60 dem Summierglied

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70 zugeführten Signale entsprechen also den fünf Summanden in der ersten Zeile der obigen Gleichung.

Zur Bildung des in der zweiten Zeile der Gleichung wiedergegebenen Summanden sind von den Verteilleitungen 55 bis 59 fünf Signalzweigleitungen 61 abgezweigt, die die wiederum je einen Signalteiler 75 aufweisen und zu einem Summierglied 71 führen, dessen Ausgang mit einem Multiplikator 81 verbunden ist. In dem Multiplikator 81 wird der Klammerausdruck der zweiten Zeile der Gleichung mit dem Signal i multipliziert, das vom Punkt 4'6 über eine Signalleitung 86 zugeführt wird. Das Produkt die-. ser Multiplikation wird über eine Signalleitung 95 dem Summierglied 70 zugeführt.

Entsprechende Anordnungen sind für die Bildung der Summanden in der dritten, vierten und fünften Zeile der Gleichung getroffen, indem je fünf je einen Signalteiler aufweisende Zweigleitungen 62, 63 bzw. 64 vorgesehen sind, die zu einem Summierglied 72, 73 bzw. 74 führen, dessen Ausgang mit einem Multiplikator 82, 83 bzw. 84 verbunden ist. Dem Multiplikator 82 wird

2 *>

ein Signal i über eine Leitung 87, dem Multiplikator 84 ein

4
Signal i über eine Leitung 89 zugeführt. Der Ausgang dieser Multiplikatoren ist über je eine Signalleitung 95 mit dem Summierglied 70 verbunden. Die Signale i , i und i werden ähn-

2 4

lieh wie die Signale t bis t durch eine Kette von Multiplikatoren 90, 91 und 92 gebildet, die am Punkt 46 angeschlossen sind.

■*) 83 ein Signal i über eine Leitung 88 und dem Multiplikator

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Mit der beschriebenen Schaltung kann mit nur zehn Multiplikatoren und fünf Summiergliedern ein zur Nachbildung der obigen Gleichung geeigneter Funktionsgeber realisiert werden.

Abweichend von der beschriebenen Ausführungsform ist es auch möglich, dem einen Eingang der Vorrichtung 13 anstelle der Messgrösse Temperatur die Messgrösse Druck aufzuschalten und dann die Ausgangsgrösse der Vorrichtung 13 mit der Messgrösse Temperatur zu vergleichen.

Selbstverständlich ist es auch möglich, anstatt das Ausgangssignal der Vorrichtung 10 direkt auf das Speiseventil 2 zu geben, einen Speisemengenregelkreis vorzusehen und dem Regler dieses Kreises das Ausgangssignal der Vorrichtung 10 aufzuschalten. Auch die bekannte Anordnung von Druckdifferenzregelventil und Speiseregelventil ist möglich.

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Claims

Patentansprüche

Γΐ> Vorrichtung zum Bestimmen der Enthalpie eines Dampfes aus den Messgrössen Druck und Temperatur, unter Verwendung von Analog-Rechengliedern, mit einem zwei Eingänge aufweisenden Funktionsgeber, dessen einem Eingang eine der beiden Messgrössen aufgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Integralregler aufweist, dem eingangsseitig der Ausgang des Funktionsgebers als Istwert und die andere der beiden Messgrössen als Sollwert aufgeschaltet sind und dessen Ausgang einerseits mit dem z\^eiten Eingang des Funktionsgebers verbunden ist und andererseits den Ausgang der Vorrichtung bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsgeber so ausgebildet ist, dass er eine Funktion •folgender Art nachbildet:

(a₁₀ + a_1±x + a₁₂x² + a_lmx^m) . y

(a_2Q + a₂₁x + + a_2mx^m) . y²

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^(an0 ^{+ a}nl^x

wobei χ und y die Eingangsgrößen und ζ die Ausgangsgrösse des Funktionsgebers sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgrösse Temperatur auf den Funktionsgeber und die Messgrösse Druck als Sollwert auf den Integralregler geschaltet sind.

'4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass . sie in Verbindung mit einem Zwangdurchlaufdampferzeuger verwendet wird, wobei der Ausgang der Vorrichtung mit der Einrichtung zum Einstellen der Speisewasserzufuhr in Wirkungsverbindung steht und die Messstellen für Druck und Temperatur im Bereich der beginnenden Ueberhitzung am Dampferzeuger angeschlossen sind.

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