DE518784C - Mehrgehaeusedampfturbinensatz - Google Patents

Description

Für Dampfturbinen großer Leistung und zur Verarbeitung von großen Dampfmengen im Niederdruckteil ist vorgeschlagen worden, die Turbinen in Mehrgehäusebauart auszuführen, und zwar in der Weise, daß die Dampfturbinenstufen auf mehreren voneinander mechanisch unabhängigen Wellen angeordnet sind, wobei mindestens zwei der Einwellensätze außer anderen Stufen noch parallel geschaltete Niederdruckstufen enthalten. Derartige Anlagen sind vor allem für den Schiffsbetrieb, dann aber auch für die Zwecke der Stromerzeugung vorgeschlagen worden. In diesem Fall ergibt sich entsprechend der Mehrwellenanordnung der Turbine eine Unterteilung der Generatoren.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Maschinensätze dieser Art so auszugestalten, daß einer der beiden Maschinensätze selbsttätig abgeschaltet werden kann, während der andere den Betrieb aufrechterhält, wobei gleichzeitig Miaßnahmen getroffen sind, daß der allein in Betrieb bleibende Generator nicht überlastet wird. Um dieses Ziel zu erreichen, sind gemäß der Erfindung zwei Gruppen von selbsttätig arbeitenden Schaltorganen vorgesehen, von denen die eine bei Auftreten einer Störung den gestörten Maschinensatz dampfseitig vom anderen Maschinensatz trennt, während die andere· durch Beeinflussung des Arbeitsmittels des in Betrieb bleibenden Turbinensatzes eine Überlastung von dessen Stromerzenger verhindert.

Wie in der Abbildung angegeben, durchströmt der Dampf im normalen Betrieb beispielsweise zuerst die Hochdruckturbine α auf der Welle 1, hierauf die Mitteldruckturbine b auf der Welle 2 und dann, in zwei gleiche Teile geteilt, die beiden Niederdruckturbinen c und d, von denen jede auf einer der beiden Wellen 1 und 2 angeordnet ist. Hochdruckturbine α und Niederdruckturbine c treiben gemeinsam den Stromerzeuger/, Mitteldruckturbine b und Niederdruckturbine d gemeinsam den Stromerzeuger k an. Nach Durchströmen von Sehnellschlußventil ρ und Regelventil/* gelangt der Dampf aus der Frischdampfleitung e in die Hochdruckturbine a; aus dieser strömt er durch die Leitung/ zur Mitteldruckturbine b, von wo aus der durch die Leitungg· zu den beiden Niederdruckturbinen c und d gelangt. Diese stehen in ständiger Verbindung mit den zugehörigen Kondensatoren. Um schädliches Steigen des Drukkes zu verhindern, sind in bekannter Weise Notauspuffleitungen vorgesehen mit selbsttätigen Überdruckventilen, die für die- höchsten in den betreffenden Leitungen zulässigen Drücke bemessen sind.

Um im Fall eines Kurzschlusses in einem der beiden Stromerzeuger / und k den anderen Stromerzeuger in wirtschaftlichem Betrieb halten zu können, sind die folgenden Einrichtungen getroffen:

In die Ausströmleitungen, durch welche der Dampf von den Turbinenteilen auf der einen Welle zu denen auf der anderen Welle gelan-

gen kann, nämlich die Leitungen / und g, sind Schnellschlußventile ν und w eingebaut. Außerdem ist eine unmittelbare Verbindung vom Hochdruckteil α nach dem Niederdruckteile, absperr bar durch Ventil«, vorgesehen. Damit die auf der Wellen angeordneten Turbinenteile b und d unabhängig von den Teilen a und c betrieben werden können, ist eine Frischdampfzuleitung mit Schnellschlußwentil χ ίο und Regelventil y angeordnet. Jede Welle ist außer mit einem Schnellschlußregler auch mit einem Geschwindigkeitsregler m bzw. ti ausgestattet, der die Frischdampfzuführung zu den auf der zugehörigen Welle angeordneten Turbinenteilen beherrscht. Schließlich ist noch ein vom Dampfdruck vor dem Niederdruckteil c beaufschlagter Druckregler 2 vorhanden, der auf den Dampf einlaßr in die Hochdruckturbine α, der von dem zu Welle 1 gehörigen Geschwindigkeitsregler m beherrscht wird, begrenzend einwirken kann.

Die Wirkungsweise bei Ausfall eines der beiden Stromerzeuger / und k, beispielsweise infolge Kurzschlusses, ist die folgende: Die beiden Geschwindigkeitsregler sind derart eingerichtet, daß bei Erhöhung der Umlaufzahl einer der Wellen 1 und 2 über die normale das Ventil« geöffnet und die beiden Ventile ν und w geschlossen werden. Die Beeinflussung dieser drei Ventile durch die beiden Geschwindigkeitsregler ist derart eingerichtet, daß zuerst das Ventil « geöffnet wird und unmittelbar hierauf die Ventile ν und w sich schließen. Bei Nichteinhaltung· dieser zeitlichen Reihenfolge in der Betätigung der Ventile wurden zwar die Turbinen nicht Schaden leiden, jedoch wäre mit einem Öffnen des zugehörigen Auspuffventils und mit einem kurzzeitigen Auspuff aus der Hochdruckmaschine, also einem unerwünschten Dampfverlust, zu rechnen. Die Beeinflussung-und die Bauweise dieser drei Ventile kann derart vorgesehen werden, daß das Öffnen der Ventile ν und w und das Schließen des Ventils ti abhängig von den beiden Druckölsystemen der Wellen 1 und 2 entgegen der Kraft starker Federn erfolgt. Bewegen z.B. die ausschlagenden Regler ein Steuerkölbchen, das die Öldruckleitungen der Ventile drucklos werden läßt, so wird bei ausschlagendem Regler« geöffnet und ν und w geschlossen. Das Vorauseilen von ti in einer Bewegung gegenüber ν und w kann durch bekannte Mittel erreicht werden. Dieselbe Wirkung wie die bei Geschwindigkeitsüberschreitung ausschlagenden Regler m und ti sollen auch die Sicherheitsregler ρ und χ haben, die bei noch größerer Geschwindigkeitsüberschreitung in Tätigkeit treten. Durch Schließen der beiden Ventile ν und w sind die auf verschiedenen Wellen sitzenden Turbinenteile außer Verbindung, sie müssen durch die übrigen Steuerungsteile nun in die Lage versetzt werden, selbständig den auf derselben Welle sitzenden Stromerzeuger zu betreiben. Für die Welle 2, also bei Ausfall von Welle 1, ist hierfür die Frischdampfleitung mit dem Schnellschlußventil j; und dem Regelventil y vorgesehen. Das Ventil y wird derart durch den von der Welle 2 angetriebenen Regler η be ein- 7 Q fraßt, daß es sich erst dann zu öffnen beginnt, wenn die Umlauf zahl der Welle 2 um einen gewissen Betrag unter die mittlere Umlaufzahl gesunken ist. Das Ventil y wirkt also in ähnlicher Weise wie die bekannten selbsttätigen Überlastungsventile bei Einwellenmaschinen, mit dem Unterschied, daß es nicht wie dort von demselben Regler wie die übrigen Dampfzuführungsorgane beeinflußt wird, sondern -. von einem* besonderen, auf einer anderen Welle sitzenden Regler. Bei Bemessung von Ventil y ist die Forderung zu beachten, daß der Stromerzeuger k beim Übergang auf Einwellenbetrieb nicht überlastet werden darf. Die Gefahr der Überlastung bestehe, da bei Einwellenbetrieb die gesamte der Mitteldruckturbine δ zugeführte Dampfmenge in der Niederdruckturbine d bis auf Kondensatorspannung verarbeitet wird, während bei Zweiwellenbetrieb diese Dampfmenge sich auf die beiden auf verschiedenen Wellen sitzenden Niederdruckturbinen c und d verteilt. Diese Gefahr wird abgewendet durch die rechnungsmäßig zu ermittelnde Durchtrittsweite des Ventils y oder einer in die zugehörige Leitung eingebauten Verengung.

Bei Ausfallen der Welle 2 wird durch Öffnen von « die unmittelbare Verbindung zwischen Hochdruckteil α und Niederdruckteil c hergestellt, während die übrigen beiden Türbinenteile durch Schließen der Ventile ν und w abgeschaltet sind. Auch hier besteht die Gefahr der Überlastung des Stromerzeugers/; außerdem ist mit einem großen Spannungsabfall zwischen der letzten Stufe der Hochdruckturbine α und der ersten Stufe der Niederdruckturbine c zu rechnen. Dieser Spannungsabfall kann rechnerisch ermittelt und durch Bemessung des Ventils« bzw. der Leitung, in die es eingebaut ist, unschädlich gemacht werden. Damit die Belastung bei Einwellenbetrieb mit der Welle 1 keine für den Stromerzeuger/ schädliche Größe erreicht, ist der Druckregler ζ vorgesehen, der in den Regelvorgang der Turbine α erst dann eingreift, wenn der Druck vor dem Niederdruckteile um das rechnungsmäßig festzustellende Maß über den höchstzulässigen Druck bei vollbelasteter Maschine/ gestiegen ist. Der Druckregler greift in bei Gegen- iao druckturbinen bekannter Weise derart in die Ventilbewegung τ 'ein, daß ein weiteres Stei-

gen des Druckes vor der Niederdruckturbine c und damit auch eine Überlastung des Stromerzeugers i vermieden wird.

Besonders wirtschaftlicher Einwellenbetrieb wird erreicht durch Verwendung der an sich bekannten Düsenregelung in der ersten Stufe der Hochdruckmaschine a, der Mitteldruckturbine b und der Niederdruckturbine c. In diesem Fall mündet die Frischdampfleitung,

ίο in welche die Ventile λ: und y eingebaut sind, in -einem anderen Teil des unterteilten Leitrades der ersten Stufe der Mitteldruckturbine b als die Leitung /. Nicht das Ventil y wird dann mit Rücksicht auf die zulässige Belastung der Maschine k bemessen, sondern der Beaufschlagungsteil, dem der Dampf aus dem Ventil y zuströmt. Dadurch wird der Drosselverlust vermieden oder verringert. Der gleiche Vorschlag gilt für die Unterteilung des Leit-

ao rades der ersten Stufe der Niederdruckturbine c; in den einen Teil mündet die Leitung g, in den anderen die Leitung, in welcher« sitzt, und dieser Beaufschlagungsteil, nicht das Ventil a, wird so bemessen, daß Maschine i bei Ausfall der Welle 2 nicht überlastet wird. An Stelle der Unterteilung des Leitrades der ersten Stufen der Turbinenteile kann auch die Verschaltung von Stufen treten, die ja an sich bekannt ist. Im Gehäuse sitzen dann außer den Stufen, die bei Zweiwellenbetrieb vom Treibmittel durchflossen werden, einige vorgeschaltete Stufen von kleinerem Durchtrittsquerschnitt. Diesen Stufen wird der Frischdampf zugeführt, und ihr Querschnitt ist so bemessen, daß bei Einwellenbetrieb mit Welle 2 keine schädliche Überlastung der Maschine k möglich ist. Dieselbe Stufenvorschaltung ist bei c an Stelle der Unterteilung des Leitrades der ersten Stufe möglich, jwiobei dann die vorzuschaltenden Stufen durch Öffnen von u in den Treibmittelfluß eingeschaltet werden und so zu bemessen sind, daß ein Drosselverlust beim Überströmen von α nach c nicht eintritt.

Bei Einwellenbetrieb mit Welle 2 tritt ein Stauverlust dadurch auf, daß b für die ganze, d aber nur für die halbe Dampfmenge bemessen ist, beide in diesem Falle aber von der gleichen Dampf menge durchströmt werden. Dieser Verlust kann beseitigt werden durch eine Umführungsleitung, die die letzten Stufen der Mitteldruckturbine & (und) oder die ersten Stufen der auf derselben Welle sitzenden Niederdruckturbine d aus dem Expansionsverlauf ausschaltet, sie überbrückt. Das Absperrorgan s in dieser (gestrichelt angegebenen) Leitung wird in derselben Weise wie u betätigt, öffnet sich also selbsttätig beim Übergang auf Einwellenbetrieb.

Die sinngemäße Übertragung auf Maschinensätze mit mehr als zwei Wellen führt zu

gleichen Bauteilen. Durch diese Einrichtungen wird ein Maschinensatz geschaffen, der sowohl bei Mehrwellen- als auch bei Einwellenbetrieb mit bester Wirtschaftlichkeit ar- 65 beitet und der beim Ausfall einer der Wellen sich den geänderten Betriebsverhältnissen selbsttätig und ohne Gefährdung seiner Maschinenteile und des Netzbetriebes anpaßt. Auch bei Reparaturen an einzelnen Teilen 7° des Maschinensatzes kann der andere Wellensatz oder die anderen Wellensätze mit halber bzw. verringerter Leistung weiter wirtschaftlich betrieben werden. Eine vollständige Stillsetzung der Maschinenanlage und der 75 dazugehörigen Kesselanlage braucht also nicht zu erfolgen.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Mehrgehäusedampf turbinensatz, bei welchem sowohl die angetriebenen Stromerzeuger als auch die Dampfturbinenstufen auf mehreren voneinander mechanisch unabhängigen Wellen angeordnet sind und mindestens zwei der Einwellensätze außer anderen Turbinenstufen noch parallel geschaltete Niederdruckstufen enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gruppen von selbsttätig arbeitenden Schaltorganen vorgesehen sind, von denen die eine bei Auftreten einer Störung den gestörten Maschinensatz dampfseitig vom anderen Maschinensatz trennt, während die andere durch Beeinflussung des Arbeitsmittels des in Betrieb bleibenden Turbinensatzes eine Überlastung von dessen Stromerzeuger verhindert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Einwellensätze mit einem besonderen Leistungsregler ausgerüstet ist.

3. Mehrgehäusedampf turbinensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Dampfrichtung nicht unmittelbar aufeinanderfolgende, auf derselben Welle sitzende Turbinengehäuse durch erne im normalen Betrieb abgesperrte Leitung miteinander verbunden sind, deren Absperrorgan sich beim Übergang vom Zweiwellen- zum Einwellenbetrieb selbsttätig öffnet.

4. Mehrgehäusedampfturbinensatz nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan bei Einwellenbetrieb den durch die Abschaltung von Turbinenstufen entstehenden Druckabfall ganz oder teilweise herbeiführt.

5. Mehrgehäusedampf turbinensatz nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan beim Öffnen und beim Schließen denjenigen Ventilen vorauseilt, die in die Verbindungsleitungen

zwischen den auf verschiedenen Wellen sitzenden Gehäusen eingebaut sind und diese Leitungen beim Übergang vom Zweiwellen- zum Ein wellenbetrieb absperren.

6. Mehrgehäusedampfturbinensatz nach Anspruchi, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfeinlaß in- die Hochdruckmaschine unter der — seine Größe beschränkenden — Herrschaft eines vom Druck vor dem auf der gleichen Welle sitzenden Niederdruckteil beeinflußten Druckreglers steht, der dadurch die Dampfzufuhr zum Hochdruckteil bei Einwellenbetrieb derart beschränkt, daß die ,angetriebene Maschine nicht überlastet wird*. _;·.

j. Mehrgehäusedampfturbinensatz" -nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungsleitung eines Gehäuseteiles in einen Beaufschlagungsteil der. ersten Stufe des nachgeschalteten Gehäuses mündet, durch dessen richtige .Bemessung der Übertritt des Dampfes fast ohne Druckverlust erfolgt und eine _; Überlastung der angetriebenen Maschine beim Übergang vom.. Zweiwellen- zum ,EinweUenbetrieb vermieden wird. ·

8. Mehrgehäusedampfturbinensatz nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die Stelle der Leitradunterteilung und getrennter Beaufschlagung der Teile die Vorschaltung von zusätzlichen Turbinenstufen tritt.

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9. Mehrgehäusedampfturbinensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die letzten Stufen der Mitteldruckturbine oder -die .ersten Stufen des auf derselben Welle sitzenden Niederdruckteiles durch eine absperrbare Umführungsleitung ajus

■_x -' dem Expansionsy erlauf ausschaltbar sind, •wobei die Umführungsleitung ein Absperr-Organ; trägt, das in gleicher Weise wirkt wie das Organ in der unmittelbaren Verbindung zwischen zwei in der Dampf richtung nicht unmittelbar äufeinanderfolgen-

- den, auf derselben Welle angeordneten Turbinengehäusen.·

.Hierzu 1 Blatt Zeichnungeii