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Einrichtung zum automatischen Anlassen von Reservespeisewasserpumpen mit Dampfturbinenantrieb
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum automatischen Anlassen von Reservespeisewasserpumpen mit Dampfturbinenantrieb.
Bekanntlich wird die Speisewasserversorgung vom Kessel bzw. von Kesseln durch eine Gruppe von Speisepumpe sichergestellt, die von Elektromotoren oder Turbinen angetrieben werden und in eine gemeinsame Druckleitung einmünden. Einige Pumpen befinden sich im Betrieb und die übrigen stellen eine Reserve dar. Gewöhnlich dienen die von Turbinen angetriebenen Pumpen als Reserve. Um einen einwandfreien Betrieb von Kesseln sicherzustellen. ist es vorteilhaft, wenn die Turbospeisepumpen mit einer Einrichtung zum automatischen Anlassen im Falle einer Störung der im Betrieb stehenden Pumpen versehen sind.
Es sind verschiedene Verfahren und Einrichtungen zum automatischen Anlassen von Turbospeisepumpen bereits bekannt.
Die auf dem elektrischen Prinzip arbeitenden Einrichtungen erreichen aber nach bisherigen Erfah- rungen nicht den benötigten Grad der Betriebssicherheit. Dazu kommt noch die Tatsache, dass sie kostspielige Quellen von Gleichstrom erfordern oder dass sie einen Dauerverbrauch von elektrischer Energie haben, soweit die Turbospeisepumpe in Reserve steht.
Die auf dem hydraulischen Prinzip arbeitenden Einrichtungen sind wiederum bisher nur für Turbospeisepumpen kleiner Leistungen entwickelt, die mit niedrigen Drucken und Temperaturen von Dampf und Speisewasser arbeiten.
Die bisher bekannten Einrichtungen eignen sich nicht für Turbospeisepumpen höherer Leistungen und für höhere Dampfparametern wo die Turbinen ohne Druckschmierung nicht auskommen und wo es ausserdem vorteilhaft ist, die Turbinen nach dem Anlassen während einer gewissen Zeit durchzuwärmen.
Die oben beschriebenen Nachteile werden durch die vorliegende Erfindung beseitigt. Auch hier wird vom Absinken des Druckes in der gemeinsamen Speisewasserdruckleitung Gebrauch gemacht. Das automatische Anlaufen des Reserve-Speisepumpenturbosatzes erfolgt nach dem automatischen Anlaufen des Hilfsölturbosatzes. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass das Absperrorgan in der Dampfzufuhr zur Turbine der Hilfsölpumpe durch das Druckwasser aus der Saugleitung der Speisewasserpumpe betätigt wird.
Bei bekannten Speisewasserturbosätzen erfolgt das Anlassen vorwiegend auf zwei Arten. Im ersten Falle wird. das Anlassventil der Turbine mittels eines durch die Hilfsölpumpe hervorgerufenen Druckes
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wird bei offenen Regelventilen das mit zwei Ventilkegeln versehene Anlassventil zweistufig von der Hand aus betätigt, um beim Öffnen des kleinen Anlassventilkegels zuerst das Durchwarmen der Turbine bei einer niedrigeren Drehzahl vorzubereiten.
Die erste Art ist wegen des hohen Dampfbedarfes unwirtschaftlich, die zweite Art wegen der Abhängigkeit vom Bedienungspersonal unzulänglich.
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Durch die Erfindung ist nicht nur die Anlaufzeit des Speisewasserturbinensatzes, während welcher die
Turbine zum Zwecke ihrer Durchwärmung mit einer niedrigeren als der normalen Drehzahl läuft, in weiten Grenzen einstellbar, sondern nach dem Durchwärmen erfolgt das Umschalten auf die volle Be- triebsdrehzahl ganz automatisch.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
An die gemeinsame Druckleitung 28 sind die Speisewasserpumpen angeschlossen. In der Zeichnung ist der Einfachheit halber bloss eine einzige Speisewasserpumpe 1 als Reservepumpe dargestellt, die im
Bedarfsfalle mittels einer Dampfturbine 2 automatisch in Betrieb gesetzt werden soll. Die Turbine 2 ist mit einer gangbaren Geschwindigkeitsregelung ausgerüstet, die aus einem Geschwindigkeitsregler 3, einem Auslaufkolben 4 und einem Druckimpulsgeber 5, ferner aus einem Servomotor 8 besteht, der den
Hub der Dampfregelventile in Abhängigkeit von den Umdrehungen der Turbine 2 regelt. Die Turbine 2 wird mit Hilfe eines durch einen Stellmotor 15 betätigten Anlassventiles 12 angelassen. Zur Steuerung des
Stellmotors 15 des Anlassventiles 12 und des Regelventiles 9 dient der Arbeitsdruck aus einer Hilfsöl- pumpe 29.
Dieser Druck wird-wie später noch beschrieben - im Laufe des Regelprozesses durch den Im- pulsgeber 5 abgestimmt.
Zur Dampfspeiseleitung 37 der Turbine 2 ist auch die Hilfsöl-Turbopumpe 29 über einen Anlass-Ven- tilblock31 angeschlossen. Das Anlassen des Hilfsölturbosatzes 29 erfolgt durch eine später noch näher be- schriebene hydraulische Anlassvorrichtung 30. Auch die Rolle eines Ausschalters 20, einer Verzögerungs- vorrichtung 21 und einer Umschaltvorrichtung 22 wird bei der nachstehenden Beschreibung der Arbeitsweise der ganzen Einrichtung erörtert. Die Dampfrohrleitungen sind mit starken Linien, die Wasserrohrleitungen mit schwachen Linien, die Ölrohrleitungen strichpunktiert angedeutet.
Bei normalem Betrieb herrscht in der gemeinsamen Druckleitung 28 der Speisewasserpumpen ein be- stimmter Druck, der auf die Membrane, bzw. auf den Hebel der hydraulischen Anlassvorrichtung 30 wir- kend, einen Ventilkegel 32 dieser Vorrichtung in seiner oberen Lage hält. Eine Saugleitung 34 der sich jetzt in Ruhe befindlichen Speisewasserpumpe 1 ist somit mit einer Rohrleitung 33 nicht i) Verbindung.
. Bei einer Störung der sich im Betrieb befindlichen Speisewasserpumpen oder beim Stromausfall im Netze der elektrisch betriebenen Speisewasserpumpen sinkt der Druck in der Speisewasserleitung 28, der Ventilkegel32 der hydraulischen Anlassvorrichtung 30 öffnet dadurch den Zutritt des in der Saugleitung 34 der Speisewasserpumpe 1 vorhandenen Überdruckes, der immer grösser ist als 1 Ata, in die Rohrleitung 23.
Ist das handbetätigte Ventil 39 im Ventilblock 31 offen und ein anders handbetätigtes Ventil 44 geschlossen, öffnet der Druck aus der Saugleitung 34 auf die Membrane eines Ventilkegels 36 in einem Servomotor 35 den Zutritt des Dampfes aus einer Rohrleitung 37 zum Hilfsöl-Turbosatz 29. Dabei wird ein Kegel 41 eines Ventiles 40 im Blocke 31 durch den Dampfdruck geöffnet, nachdem die den Kegel 41 geschlossen haltende Spiralfeder zusammengedrückt wird. Auf diese Feder wirkt vorläufig kein Druck aus der Ölleitung 42, nachdem jetzt sowohl der Turbosatz 29 als auch eine mit der Turbine 2 gekoppelte Ölpumpe 43 in Ruhe sind. Der Turbosatz29 läuft also an und beginnt in der Ölleitung42 Druck zu erzeugen, der auf die Membrane des Ventiles 40 wirkend, den Kegel 41 in Abhängigkeit vom Öldruck zu schliessen trachtet und somit die Dampfmenge des Turbosatzes 29 regelt.
Dieser liefert auch den Öldruck zum Regel- und Schmiersystem der Turbine 2. Das Drucköl öffnet vor allem von der Druckleitung 19 her mittels des Servomotors 16 das Anlassventil 12 der Turbine 2.
Eine Ventilspindel 38 im Servomotor 35 hat einen grösseren Querschnitt als die Sitzfläche des Ventilkegels 36, so dass der Dampfdruck diesen Kegel nach seinem Hub auch dann offen hält, wenn der Wasserdruck in der Leitung 33 aufhört. Der Kegel 36 schliesst sich erst beim Schliessen des Ventiles 39 von Hand und bleibt geschlossen auch nach Öffnen des Ventiles 39, da die Federkraft auf die Membrane des Servomotors 35 grösser ist als der Dampfdruck auf den Kegel 36.
Aus der Druckleitung 42 des Hilfsölturbinensatzes 29 gelangt der Öldruck nach dem Anlaufen durch den später noch näher beschriebenen Abschalter 20 und durch die Druckleitung 19 zum Kolben 16 des Servomotors 15, der vorläufig bloss den im grossen Ventilkegel 14 geführten kleinen Ventilkegel 13 be- -tätigt. Der Servomotor 15 kann vorläufig den grossen Ventilkegel 14 von seinem Sitz nicht abheben, nachdem der Kolben erst einen Hub hat, der die Druckleitung 26 aus der Leitung 19 unter Druck setzt, Der Dampfzutritt ist also, wenn auch in einem geringen Masse, zu den Regelventilen 9, von denen in der Zeichnung der Einfachheit halber nur eines dargestellt ist, offen.
Gleichzeitig mit der Betätigung des kleinen Änlassventilkegels 13 wird aus der Leitung 42 auch der Servomotor 8 der Regelventile 9 der Turbine 2 vom Öldruck betätigt. In der Leitung 6, welche den Öldruck aus der Druckleitung 42 bzw. 19 durch eine Blende 7 enthält, wird der Öldruck in bekannter Weise in Abhängigkeit von der Drehzahl des Speisewasserturbinensatzes 1, 2 abgestimmt. Das Drucköl aus der
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Leitung 42 hält nämlich die kleinere Arbeitsfläche des Auslaufkolbens 4 des Geschwindigkeitsreglers 3 unter Druck, der durch eine Bohrung auf die grössere Arbeitsfläche dieses Kolbens und von hier durch die Axialbohrung des Kolbens ins Freie gelangt, wobei derselbe durch das Nadelventil des Geschwindigkeitsreglers 3 gedrosselt wird.
Der Auslaufkolben folgt bekanntlich immer den axialen Verschiebungen des Nadelventiles des Reglers 3, wodurch im Impulsgeber 5 das Drucköl in bekannter Weise-in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit gesteigert oder frei abgelassen wird. Steigt der Druck in der Leitung 6 infolge der Wirkung des Impulsgebers 5 an, verschiebt er zunächst den Steuerschieber 11 des Servomotors 8 im
Zylinder entgegen der Kraft seiner Feder, nach oben. Der Arbeitsdruck aus der Leitung 42 gelangt dabei durch einen Kanal 42'oberhalb des Servomotorkolbens und öffnet die Regelventile 9. Die Speisewasserpumpe 1 läuft also an, jedoch zum Zwecke des Durchwärmens der Turbine vorerst mit einer niedrigeren als der normalen Drehzahl, da jetzt bloss der kleinere Ventilkegel 13 des Anlassventiles 12 betätigt wird.
Dieser kleine Ventilkegel 13 hat seinen Sitz im grossen Ventilkegel 14, der vom Servomotor 15 erst nach Durchwärmen der Turbine 2 betätigt wird.
Bei der Betätigung des Servomotors 15 des Anlassventiles 12 durch das Drucköl aus der Leitung 19 wird auch der Differentialkolben 25 der Verzögerungsvorrichtung 21 nach unten in Bewegung gesetzt. Durch die axiale Bohrung dieses Kolbens gleichtsich nämlich der Druck auf beiden Seiten des Differentialkolbens 25 aus. Dabei entsteht infolge der Differenz der Kolbenflächen eine Kraft, die die Spiralfeder dieser Vorrichtung zusammendrückt. Die Geschwindigkeit der Bewegung des Differentialkolbens 25 lässt sich durch Einstellen der Vorspannung der Feder regulieren. Die beschriebene Verzögerungsvorrichtunghatden Zweck, der Pumpe 1 erst nach Durchwärmen der Turbine 2 die volle Drehzahl zu erteilen.
In dieser Anfangslage genügt die Kraft des Servomotors 15 nicht zur Betätigung des grossen Ventilkegels 14, nachdem der Dampfdruck auf den Ventilkegel 14 entgegen dem Öldruck auf den Kolben 16 wirkt.
Das Umschalten der Turbine 2 auf die normale Geschwindigkeit geschieht folgendermassen :
Bei der Betätigung des kleinen Ventilkegels 13 öffnet der Kolben 16 des Servomotors 15 die Leitung 26, in welcher der Öldruck, erst dann ansteigt, wenn der Differentialkolben 25 in seiner unteren Lage den freien Ausfluss des Öles absperrt. Der Öldruck in der Leitung 26 setzt dann den Kolben der hydraulischen Umschaltvorrichtung 22 nach oben in Bewegung, bis derselbe den freien Ausfluss aus der Leitung 6 öffnet. Der Drucl abfall in dieser Leitung verursacht zunächst das Schliessen des Regelventiles 9, da der Steuerschieber 11 jetzt von unten keinem Drucke ausgesetzt ist und der Servomotor 8 infolgedessen von unten beaufschlagt wird.
Bei der geschlossenen Lage des Regelventiles 9 gleicht sich der Dampfdruck vor und hinter dem grossen Ventilkegel 14 des Anlassventiles 12 aus und der Öldruck aus der Leitung 19 verstellt den Servomotorkolben 16 in die Lage, in welcher er den grossen Ventilkegel 14 betätigt. Gleichzeitig öffnet der Kolben 16 die Leitung 27, wodurch sich der Öldruck auf die Arbeitsflächen des Kolbens der Umschaltvorrichtung 22 ausgleicht. Die Feder drückt diesen Kolben wieder in seine untere Lage zurück.
Dadurch wird der freie Abfluss des Öles aus der Umschaltvorrichtung 22 wieder gesperrt. Dabei drosselt das Nadelventil des Geschwindigkeitsreglers 3 den freien Ausfluss infolge der niedrigen Drehzahl der Turbine 2 vorläufig nicht ab. Der Druck aus der Leitung42 bewegt deshalb den Auslaufkolben 4 nach rechts, worauf der Impulsgeber 5 den freien Auslauf des Drucköles schliesst. Der Steuerschieber 11 verstellt sich infolgedessen wieder nach oben, so dass der Kolben des Servomotors 8 wieder von oben her beaufschlagt wird.
Dadurch öffnen sich die Regelventile 9 und die Turbine 2 läuft von nun an mit voller Drehzahl. Die weitere Steuerung des Regelventiles 9 übernimmt der Geschwindigkeitsregler 5. Der federbelastete zweite Kolben im Servomotor dient zum automatischen Schliessen der Regelventile bei einem Absinken oder Ausfall des Druckes in der Leitung 42.
Nach Erreichen der vollen Drehzahl beginnt die Haupt-Ölpumpe43, die mit der Turbine 2 gekuppelt ist, in der Leitung 42 einen Druck zu entwickeln, der den Ventilkegel 41 im Druckregler 40 schliesst, wodurch die Hilfsölpumpe 29 abgestellt wird. Von nun an läuft der Speisewasserpumpensatz 1, 2 ohne Hilfe- ölpumpe 29 weiter. Seine Schmierung besorgt nunmehr die Pumpe 43.
Der Servomotor 15 ist mit einer Druckfeder 1*7 und einer handbetätigten Schraube 18, ähnlich wie die Verzögerungsvorrichtung 21, zur Handbetätigung des Anlassventiles 12 versehen. Ganz ähnlich ist auch der Servomotor 35 und die Anlassvorrichtung 30 ausgerüstet.
Die Dampfzufuhr zur Turbopumpe 29 kann mittels des handbetätigten Ventiles 39 im Ventil-Block 31 unterbrochen werden. Durch das zweite Ventil 44 im Block 31, welches beim automatischen Betrieb geschlossen ist, kann die Turbopumpe 29 unabhängig von der automatischen Anlassvorrichtung angelassen werden.
Überschreitet die Turbine 2 die maximale Drehzahl, tritt eine Fliehkraft-Sicherheitsvorrichtung 23 in Tätigkeit, indem sein Auslösehebel den Schieber des Abschalters 20 freilässt, wonach sein Schieber
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den Öldruck zur Leitung 19 absperrt und die Leitung 42 mit dem freien Ausfluss verbindet. Zufolgedessen sperrt das Anlassventil 12 die Dampfzufuhr zur Turbine 2 ab. Der Abschalter 20 kann auch mittels des
Hebels 24 von Hand aus betätigt werden.
Beim Abschalten der Turbine 2 sinkt der Druck der Pumpe 43 in der Leitung 42. Der Ventilkegel 41 öffnet infolgedessen die Dampfzufuhrzwn Hilfsöl-Turbosatz 29. Nach dem Auslauf der Turbine 2 bis zum
Stillstand wird der Ölturbosatz29 durch das Ventil 39 von Hand abgestellt. Herrscht in der Leitung 28 der normale Wasserdruck, schliesst sich nach Absperren des Ventiles 39 auch der Kegel 36, da der Doppel- ventilkegel32 die Leitung 33 mit dem freien Abfluss verbindet. Nach Schliessen des Kegels 36 kann durch Öffnen des Ventiles 39 mit der Hand der Hilfsölturbosatz 29 zum weiteren automatischen Anlassen vorbereitet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum automatischen Anlassen von Reservespeisewasserpumpen mit Dampfturbinenan- trieb mit Hilfe eines Hilfsölturbosatzes ebenfalls mit Dampfantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrorgan (36) inder Dampfzufuhr zur Turbine (29) der Hilfsölpumpe durch den inder Saugleitung (34) der Speisepumpe (1) vorhandenen Druck betätigbar ist.