DE229874C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung betrifft die Regelung einer Gegendruckdampfturbine, der der Gedanke zugrunde liegt, die Regelung der Maschine durch den im Fabrikationsbetriebe benutzten Abdampf der Turbine zu beeinflussen. Gemäß der Erfindung werden die Frischdampfmenge und die Eintrittsspannung geändert, so daß die Erfindung hauptsächlich für solche Turbinen geeignet ist, deren Druckstufenzahl konstant bleibt. Zur Erreichung des angegebenen Zweckes kommen zwei Regelungsvorrichtungen zur Anwendung, von denen die eine einen vom Enddruck der Dampfturbine beeinflußten Mengenregler, die andere ein vom Tourenregler beeinflußtes Drosselventil (-Klappe, -Schieber usw.) darstellt, so daß die Beaufschlagung in quantitativer und qualitativer Beziehung derart verändert wird, daß bei konstantem oder variablem Anfangsdruck die Tourenzahl und der Enddruck der Turbine konstant bleiben, wenn auch die Leistung derselben je nach Bedarf nicht konstant, sondern variabel sein sollte. Hierbei kann es zweckmäßig sein, die der Turbine zuzuführende Dampfmenge zu teilen und den einen Teil derart zu bemessen, daß er ungefähr dem Mindestmaß an Dampfverbrauch im Fabrikationsbetriebe entspricht, so daß also dieser Teil annähernd als konstant angesehen werden kann. Der andere Teil des Dampfes muß dagegen veränderlich sein und wird in seiner Menge jeweils durch den vom Dampfverbrauch im Fabrikationsbetriebe abhängigen Gegendruckregler geregelt, der in Abhängigkeit vom Gegendruck die Zahl der jeweils offen zu haltenden Dampfeinlaß-Öffnungen bestimmt. Die konstante Dampfmenge bedarf dagegen praktisch keiner besonderen Regelung; jedoch erscheint es zweckmäßig, sie unter den Einfluß des Pendelreglers (Tourenreglers) zu stellen, derart, daß die Höchstgeschwindigkeit der Turbine nicht überschritten werden kann.

Der Gegenstand der Erfindung ist auf der Zeichnung veranschaulicht worden, und zwar ist:

Fig. ι eine Vorderansicht der Dampfeinlaßmittel für das erste Schaufelrad einer mit konstanter Druckstufenzahl arbeitenden Turbine,.

Fig. 2 eine gleiche Ansicht mit einer Abänderung der Dampfeinlaßmittel,

Fig. 3 ein Schnitt durch ein durch den Gegendruckregler gesteuertes Dampfeinlaßventil,

Fig. 4 ein Schnitt durch einen Gegendruckregler, der unmittelbar den der ersten Druckstufe zugeführten Dampf steuert.

Fig. 5 ist eine ähnliche Ausgestaltung der Regelungsvorrichtung, bei welcher aber für die der Turbine zuzuführende konstante Dampfmenge eine unter dem Einfluß des Pendelreglers stehende Mengenregelung zur Anwendung kommt,

Fig. 6 ein Schnitt durch eine Steuerungsvorrichtung für eine Drosselklappe, einen Drosselschieber oder ein Drosselventil, die ebenfalls unter den Einfluß des Pendelreglers gesetzt werden kann.

Fig. 7 ist eine der Fig. 4 ähnliche Ausgestaltung der Steuerung mit vereinigter Qualitäts- und Quantitätsregelung.

Zur Herbeiführung der Regelung gemäß vorliegender Erfindung wird zunächst der Dampfeinlaß nach der ersten Druckstufe der Turbine in an sich bekannter Weise in eine Anzahl selbständige Einlaßöffnungen I, II, III, IV, V usw. unterteilt, denen der Dampf unter dem Einfluß eines Gegendruckreglers, also in Abhängigkeit von dem durch den Dampfverbrauch des Fabrikationsbetriebes bestimmten Gegendruck zugeführt wird, derart nämlich, daß, wenn der Gegendruck im Fabrikationsbetrieb wächst, die Zahl der Dampfeinlaßöffnungen I, II, III, IV, V verkleinert, beim Sinken des Gegendruckes aber vergrößert wird, vorausgesetzt, daß sowohl die variable Leistung der Turbine als auch die variable, in der Fabrikation verbrauchte Dampfmenge, aus welcher die Leistung resultiert, einander annähernd proportional aufrecht erhalten werden können (allenfalls durch Parallelschaltung oder Aufspeicherung der zeitweise überschüssigen Kraft in einer elektrischen Akkumulatorenbatterie). Zu dem Zweck können beispielsweise alle Dampfeinlaßöffnungen in einer gemeinsamen Ringkammer 1 liegen (Fig. 3) und jede Öffnung mit einem mit Schlitzen 2 versehenen Rohrstutzen 3 abgedeckt werden. Über diesem Rohrstutzen 3 liegt ein ebenfalls geschlitzter Schieber 4, der durch Spindel 5 mit einem Kolben 6 verbunden ist, der einerseits unter dem Einfluß einer Feder 7, andererseits unter Wirkung von Preßöl steht, das durch Öff-•nung 8 zu- und durch öffnung 9 abgeleitet wird. Dieses Preßöl kommt von dem im Hauptpatent beschriebenen Gegendruckregler, bei welchem bekanntlich ein unter dem Einfluß des Gegendruckes der Turbine bewegter Kolben nacheinander eine Anzahl öffnungen freilegt, durch welche Preßöl weiter fließen kann. Gelangt dieses Preßöl bei entsprechender Stellung des Gegendruckreglers auf die eine Seite des Kolbens 6 (Fig. 3), so wird entgegen dem Druck der Feder 7 der Kolben 6 verschoben und damit der Schieber 4 so verstellt, daß der Dampf aus dem Ringraum 1 durch die Schlitze von Schieber 4 und Stutzen 3 in die entsprechende Einlaßöffnung I, II, III, IV, V eintreten und somit die Turbine entsprechend beaufschlagen kann.

Wie schon erwähnt, hat es sich bei Turbinen mit unveränderlicher Druckstufenzahl als zweckmäßig herausgestellt, die der Turbine zuzuführende Dampfmenge zu teilen und den einen Teil, der etwa dem Mindestverbrauch an Dampf im Fabrikationsbetriebe entspricht, konstant der Turbine zuzuleiten, den anderen Teil aber unter den Einfluß des Gegendruckreglers zn stellen, so daß er variabel ist. In dem Falle muß für die konstant zufließende Dampf menge eine entsprechend groß ausgestaltete Dampfeinlaßöffnung VI (Fig. 1) vorgesehen sein. In der Zeichnung ist hierbei angenommen worden, daß die konstant zufließende Dampfmenge etwa 50 Prozent der Höchstmenge entspricht. Demzufolge ist die öffnung VI derart bemessen-, daß von ihr etwa die Hälfte der Leitradkanäle in der ersten Druckstufe beaufschlagt werden kann. Die Dampfeinlaßöffnungen I, II, III, IV, V, die die variable Dampfmenge zuzuführen haben, sind dagegen symmetrisch auf die andere Radhälfte verteilt. Letztere werden, wie schon erwähnt, durch den Gegendruckregler, die Einlaßöffnung VI für die konstante Dampfmenge dagegen durch den Pendelregler beeinflußt, diese lediglich zu dem Zweck, die Tourenzahl der Turbine über eine Höchstgrenze nicht hinausgehen zu lassen.

Die Einrichtungen zur Teilung des Dampfes und zur selbständigen Regelung der beiden Dampfteile sind in Fig. 4 und 7 dargestellt. In Fig. 4 wird die gesamte der Turbine zuzuführende Dampfmenge durch einen Stutzen 10 zugeleitet, der in eine Verzweigung 11 ausmündet, aus welcher die konstante Dampfmenge über den Ventilkörper 12, der eine vom Pendelregler beeinflußte Drosselklappe oder Ventil oder Schieber enthalten kann, der Einlaßöffnung VI zugeführt wird. Die andere Dampfhälfte gelangt dagegen in einen Gegendruckregler, der von dem im Hauptpatent beschriebenen Gegendruckregler insofern abweicht, als er hier unmittelbar die Verteilung des Dampfes veranlaßt. Der am Ende der Turbine herrschende Gegendruck wird auf einen im Zylinder 14 angeordneten Kolben 15 durch Rohr 13 geleitet. Der Kolben 15 ist an der Unterseite entlüftet und steht unter dem Einfluß einer Feder 17. Die Kolbenstange 18 ist über den Zylinder 14 hinaus verlängert und reicht in einen Steuerungsschieber 19 hinein, dem durch das Rohr 20 Preßöl zugeführt wird. Durch zwei auf der Kolbenstange 18 sitzende Schieber kolben 21, 22 werden zwei Kanäle 23, 24 gesteuert, die nach den beiden Enden eines Zylinders 25 führen, in welchem der Kolben 26 gleitet. Die Kolbenstange 27 des Kolbens 26 trägt auch den entlasteten Dampfkolben 29 im Dampfsteuerzylinder 28. Dieser Steuerkolben 29 öffnet bzw. verdeckt eine Anzahl Dampfauslaßöffnungen I', IP, III', IV', V, die durch Rohrleitungen mit den Dampfeinlaß öffnungen I, II, III, IV, V am Schaufelrade verbunden sind, während die Öffnung 0 mit der Auslaßkammer der Turbine verbunden ist.

Bei Beginn der Arbeit stehen die Schieberkolben 21, 22 im Steuerungszylinder 19 derart, daß Preßöl aus Kanal 24 auf die Oberseite

des Kolbens 26 einwirken kann, während von der Unterseite des Kolbens über Kanal 23 eine Verbindung mit der Ausströmöffnung 30 hergestellt ist. Das Preßöl kann also den Kolben 26 niederdrücken, so daß der Kolben 29 sämtliche Öffnungen O, Γ, IP, III¹, IV, V freilegt. Die Maschine beginnt also mit Volldampf zu arbeiten, wobei gleichzeitig durch Öffnung O Frischdampf nach der Auslaßkammer der Turbine und von hier aus nach dem Fabrikationsbetriebe strömen kann. Da gleichzeitig auch über alle Kanäle P, II', III', IV, V und alle Öffnungen I, II, III, IV, V Dampf in die Turbine eingeleitet wird, so werden die Heizleitungen schnell mit Dampf gefüllt. Sobald die gewünschte Endspannung erreicht ist, wirkt der Gegendruck auf Kolben 15 und veranlaßt durch diesen eine Verschiebung der Schieberkolben 21,22 derart, daß Kanal 23 mit dem Zuflußkanal 20 für Preßöl in Verbindung gelangt, während gleichzeitig Kanal 24 durch eine Umgehungsleitung mit der Ausflußöffnung 30 in Verbindung kommt. Durch das jetzt auf die Unterseite des Kolbens 26 einwirkende Preßöl wird dieser also angehoben, und der Dampf kolben 29 versperrt zunächst die Abzweigung O und weiter die Rohre P, II', IIP, IV, V, Durch das Abstellen der oberen Hälfte des ersten Leitrades wird die Leistung der Turbinen um die Hälfte kleiner. Sollte der Gegendruck auch dann noch nicht sinken, dann öffnet sich ein auf der Auslaßkammer der Turbine befindliches Sicherheitsventil, das den ganzen Dampf z. B. nach einem Warmwasserbehälter so lange ableitet, bis der erhöhte Gegendruck nachläßt. Auch bei völlig abgesperrten Dampfeinlaßöffnungen I, II, III, IV, V bleiben natürlich die Dampfeinlaßöffnungen für die konstante Dampfmenge nach wie vor offen, nur daß, wie erwähnt, zur Regelung der Tourenzahl durch den Pendelregler eine Drosselung des Dampfes im Ventilkörper 12 eintritt.

Mit Rücksicht darauf, daß eine solche Qualitätsregelung dieser konstanten Dampfmenge immerhin erheblichen Kraftverlust bei Gegendruckturbinen veranlaßt, kann es zweckmäßig sein, auch bezüglich dieses durch die Turbine konstant hindurchgehenden Dampfes eine reine Mengenregelung anzuwenden. Eine solche Ausführungsform ist in den Fig. 2 und 5 dargestellt.

Hier ist es zunächst notwendig, an Stelle der in Fig. 1 gezeigten großen Dampfeinlaß-Öffnung VI für die konstante Dampfmenge eine Anzahl einzelner Öffnungen VI¹, VI², VI³, VI⁴, VI⁵ usw. zur Anwendung zu bringen. Zur Mengenregelung selbst unter dem Einfluß des Pendelreglers kommt eine Regulierungsvorrichtung zur Anwendurig (Fig. 5), welche im wesentlichen dem Gegendruckregler entspricht, nur daß hier die Stange 31, welche durch Schieberkolben 32, 33 das zugeführte Preßöl steuert, das über Kolben 34 auf den Steuerkolben 35 wirkt, von dem Pendelregler 36 in üblicher Weise beeinflußt wird. In dem Zylinder 37 ist ebenfalls einer der Unterteilung der Dampfeinlaßöffnung VI entsprechende Anzahl Abzweigungen VP, VP, VP, VP, VP angeordnet, die durch Rohrleitungen mit den einzelnen Öffnungen VI¹, VP, VP, VP, VI⁵ (Fig. 2) verbunden sind. Auch hier veranlaßt der Kolben 35 entsprechend der vom Pendelregler veranlaßten Steuerung des Preßöles eine Zu- oder Abschaltung der einzelnen Öffnungen und somit eine reine Mengenregelung. Schließlich kann es noch zweckmäßig sein, in der Frischdampfzuleitung 10 hinter einem Absperrventil 38 eine Drosselklappe (Drosselschieber, Drosselventil) 39 vorzusehen, die ebenfalls unter Einwirkung des Pendelreglers 36 steht. Zu dem Zweck kommt ein Steuerungszylinder 40 (Fig. 6) zur Anwendung, in welchem ein federbelasteter Kolben 41 liegt, dessen Kolbenstange 42 mit der Drosselklappe (Drosselschieber, Drosselventil) 39 verbunden ist bzw. diese bewegt. Auf den Kolben 41 wirkt wieder Preßöl, das vom Pendelregler mittels einer Stange 43 gesteuert wird. Auf der Stange 43 sitzen Schieberkolben 44, 45, zwischen welchen das durch Öffnung 46 zugeleitete Preßöl entweder sich ruhig aufhält oder nach einem Kanal 48 überströmt und von diesem auf den Kolben 41 im Steuerungszylinder 40 zur Einwirkung gebracht wird, in welchem Falle die Drosselklappe (Ventil, Schieber) 39 in der Höchststellung des Reglers einen Abschluß des Dampfdurchtrittes veranlaßt, um die Turbine vor dem Durchgehen zu sichern; nachdem die Tourenzahl gesun- 10c ken ist, öffnet sich das Dampfabschlußorgan wieder selbsttätig.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel liegen z. B. die Öffnungen VI¹, VI², VI³, VI¹, VI⁵, durch welche die konstante Dampfmenge hindurchgeht, ebenfalls nur auf der einen Hälfte des Leitrades, während die anderen Öffnungen I, II, III, IV, V, durch welche die variable Dampfmenge hindurchgeht, auf der anderen Hälfte des Leitrades liegen. Diese Ausbildung empfiehlt sich besonders bei achsial beaufschlagten Turbinen. Es bedarf natürlich keiner weiteren Erläuterung, daß bei anders gestalteten Turbinen, besonders bei radialer Beaufschlagung, die Öffnungen für die Zuführung der konstanten Dampfmenge abwechselnd zu den Öffnungen der variablen Dampfmenge liegen können.

In den Fällen, wo nicht nur die variable Dampfmenge, sondern auch die konstant durch die Turbine hindurchgehende Dampfmenge seitens des Gegendruckreglers bzw. Pendelreglers

der reinen Mengenregelung unterliegt, kann es zur Vermeidung einer unnötig großen Leistung der Turbine, wenn dieselbe nicht ausgenutzt werden kann, zweckmäßig sein, eine entsprechende Anzahl Verteilungsstutzen des Gegendruckreglers anstatt mit den entsprechenden Einlaßöffnungen im ersten Leitrade direkt durch Umgehungsrohre mit der Auslaßkammer der Turbine zu verbinden, so daß der Mehrverbrauch an Dampf im Fabrikationsbetriebe im Gegendruckregler nicht über die Turbinenschaufeln, sondern unmittelbar in die bezügliche Dampfleitung verteilt wird.

Die Frischdampfzufuhr zur Auslaßkammer kann anstatt aus den Stutzen 0 in Fig. 4 und 5 auch aus einem besonderen Frischdampfventil auf ähnliche Art wie in Fig. 7 erfolgen. Man kann nämlich die Ölschieberkolben 21, 22 mit verlängerter Schieberstange ausführen und hierdurch ein Dampfeinlaßorgan (Ventil, Schieber, Klappe usw.) betätigen, das Frischdampf der Auslaßkammer unmittelbar zuführt. Hierbei ist es notwendig, daß die Verbindung zwischen dieser Kolbenstange und der Ventil- (Schieber-) Spindel toten Gang hat, so daß bei normalem geringen Hube des Ölkolbenschiebers keine Beeinflussung des Ventils (Schiebers) eintritt. Erst bei stärkerer \ Zusammenpressung der Feder 17, die nur eintritt, wenn sämtliche Querschnitte des 1. Leitapparates voll geöffnet sind oder der Steuerkolben 29 infolge mangelhaften Arbeitens sich etwa festgesetzt haben sollte, würde das Ventil in Tätigkeit treten.

Wenn sowohl die Belastung der Turbine als auch die durchgehende Dampfmenge im Betriebe oft großen Schwankungen unterliegen und ein unruhiger Gang der Turbine bei Anwendung der in Fig. 4 und 5 dargestellten Steuerungen befürchtet werden sollte, kann die in Fig. 7 dargestellte Steuerung Verwendung finden. Dieselbe beaufschlagt in dem einen äußersten Falle (bei geringer Belastung und geringem Dampfverbrauche) das erste Schaufelrad durch die dem Gegendruckregler unterliegende Mengenregelung auch mit gedrosseltem Dampfe; in dem anderen äußersten Falle (bei geringer Belastung und großem Dampfverbrauche) wird ein besonderes Frischdampfventil vom Gegendruckregler aus geöffnet, durch welches allenfalls ungedrosselter Dampf in die Auslaßkammer der Turbine einströmen kann. Bei großer Belastung und großem Dampfverbrauche führen beide Regler dem ersten Leitrade ungedrosselten Dampf zu, dagegen bei großer Belastung und kleinem Dampfverbrauche wird der Dampf aus der Auslaßkammer wie bei Fig. 4 und 5 durch ein Sicherheitsventil zeitweilig in einen Warmwasserbehälter abgeleitet.

Die Wirkungsweise der Steuerung (Fig.· 7) ist folgende: Bei Beginn der Arbeit steht die Hülse 53 des Reglers 52 in ihrer niedrigsten Stellung, so daß mittels des Hebels 54 die Stange 55 angehoben ist; dadurch ist auch mittels des Hebels 56 die Schieberstange 82 mit den Schieberkolben 83, 84 angehoben, und es tritt Drucköl aus dem ölschiefer 85 in den ölzylinder 60 unterhalb des Kolbens 58,. über, drückt denselben samt der Kolbenstange 57 und dem Drosselventil 59 aufwärts, so daß das letztere offen steht, und sobald das Absperrventil 62 von Hand zur Inbetriebsetzung der Turbine geöffnet wird, tritt Frischdampf aus dem Rohrstutzen 50 durch ·■ das Ventilgehäuse 61 nach der Kammer VI zur Beaufschlagung der einen Hälfte des ersten Schaufelrades über.

Der Gegendruckregler 63 steht durch das Dampfrohr 81 mit der Auslaß kammer der Turbine in Verbindung. Zu Beginn der Arbeit ist in demselben kein Dampfdruck vorhanden, und der Dampfkolben 64 steht unter dem Federdruck oben. Dieser Kolben beeinflußt mittels Kolbenstange 65, Hebel 66 und Schieberstange 67 die zwei Schieberkolben 68, 69 im Ölzylinder 70 derart, daß bei der oberen Stellung des Dampfkolbens 64 Drucköl nach dem Zylinder 75 oberhalb des ölkolbens 76 überströmt und denselben nach unten go drückt. Dieser Ölkolben steht durch die Kolbenstange Jj mit dem Dampfverteilungsschieber 78 für Mengenregelung in Verbindung. Der niedrigsten Stellung des Ölkolbens 76 entspricht auch die niedrigste Stellung des Dampf-Schiebers 78, bei welcher alle fünf Arbeitsflächen desselben 78;, 78/;, 78_;//, 78;,,-, 78 _v freien Durchgang für den Dampf nach den Kammern I, II, III, IV, V zur Beaufschlagung der anderen Hälfte des ersten Schaufelrades bieten. Der Dampf strömt aus der Kammer VI durch die Rohrverbindungen 80, 80 ^a, 80 ^b und das Schiebergehäuse 79 nach den Kammern I, H, HL IV, V über.

Außerdem wird bei Beginn der Arbeit auch die Auslaßkammer der Turbine mit Frischdampf gefüllt, und zwar vermittels des Gegendruckreglers. In der obersten Stellung des Reglerkolbens 64 drückt die Ölschieberspindel 67 mit ihrem oberen Ende auf die Ventilspindel 71 und hebt das entlastete Frischdampfventil 72 an, so daß der Frischdampf aus dem Rohrsturzen 50 durch Abzweigung 51, 5I'¹, 51* in das Ventilgehäuse 73 einströmt und durch das offene Ventil 72 und Rohrverbindung 74 nach der Auslaßkammer überströmt. Sobald die Turbine nach Inbetriebsetzung ihre normale Tourenzahl überschreiten sollte, hebt sich die Reglerhülse 53, und es tritt in bekannter Weise eine Drosselung des Dampfes im Ventilgehäuse 61 durch Ventil 59 ein.

Sobald der normale Gegendruck der Turbine überschritten wird, wird der Kolben 64 nach unten gedrückt, wobei die Dampfeinlässe nach den Beaufschlagungskammern I, II, III, IV, V nacheinander abgesperrt werden. Bei normaler Tourenzahl geht durch das Reglerventil 61, 59 ungedrosselter Dampf hindurch.

Claims (5)

Patent-Ansprüche: 10

1. Regelung von Gegendruckdampfturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen vom Enddruck der Dampfturbine beeinflußten Mengenregler und ein vom Tourenregier beeinflußtes Drosselventil (-Klappe, -Schieber usw.) die Beaufschlagung in quantitativer und qualitativer Beziehung derart verändert wird, daß bei konstantem oder variablem Anfangsdruck die Tourenzahl und der Enddruck der Turbine konstant bleiben, wenn auch die Leistung derselben je nach Bedarf nicht konstant, sondern variabel sein sollte.

2. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gewisse Mindestdampfmenge keiner Regelung unterzogen wird und nur der Rest des für die Beaufschlagung der Turbine benutzten Dampfes in Abhängigkeit vom Enddruck und der Tourenzahl der Turbine quantitativ und qualitativ geregelt wird.

3. Vorrichtung zur Regelung nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von einem Tourenregler in einem Beaufschlagungsschalter unmittelbar oder mittelbar beeinflußte Kolben eine Anzahl Leitungen nacheinander für den Durchfluß eines Druckmittels freilegt, derart, daß das durch diese Leitungen gehende Druckmittel die Zu- oder Abschaltung der wirksamen Durchlaß Öffnungen für den Beaufschlagungsdampf bewerkstelligt.

4. Ausführungsform der Vorrichtung zur Regelung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Auslaßkammer bestehende Gegendruck auf einen federbelasteten Kolben wirkt, dessen Kolbenstange unmittelbar oder durch eine Hebelübersetzung auf einen Druckmittel-Steuerschieber wirkt, von welchem das Druckmittel die Verschiebung eines Kolbens veranlaßt, der mittels seiner Kolbenstange einen Beaufschlagungsschalter steuert.

5. Ausführungsform der Vorrichtung zur Regelung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Tourenregler zwei Druckmittelschieber unmittelbar oder durch rückführende Hebelübersetzung beeinflußt werden, aus denen das Druckmittel auf den Kolben eines Beaufschlagungsschalters und auf einen federbelasteten Kolben einer Drossel-Regelungsvorrichtung geleitet wird, um die betreffenden Kolben in dem erforderlichen Sinne zu verschieben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.