DE586072C - Schnellregler fuer Turbinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
18. OKTOBER 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14c GRUPPE Sos

Schnellregler für Turbinen

Zusatz zum Patent 582

Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. November 1931 ab Das Hauptpatent hat angefangen am 8. März 1931.

Im Hauptpatent ist ein Schnellregler für Turbinen beschrieben, der in der Weise ausgebildet ist, daß mit Hilfe eines Sollwertschiebers und eines Istweartschiebers ohne Zwischenschaltung eines Reglergetriebes die Dampfzufuhr zur Maschine bestimmt wird, und zwar durch die Lage der beiden Schieber zueinander.

Die Erfindung betrifft die Weiterbildung eines derartigen Schnellreglers, und zwar besteht sie zunächst darin, daß der Istwertschieber unmittelbar auf der Turbinenwelle angeordnet ist. Weiter besteht ein wesentliches Merkmal der Erfindung darin, daß der Istwertschieber selbst einen an der Leistungserzeugung der Maschine teilnehmenden Ma-■ schinenteil bildet.

Die Erfindung und ihre besondere Ausgestaltung seien an Hand der Abbildungen erläutert. Abb. 1 zeigt dabei einen Längsschnitt durch den Regler, Abb. 2 einen Schnitt längs der Linie a-a, Abb. 3 einen Schnitt längs der Linie b-b. Die eigentliche Turbine ist nicht dargestellt, sondern nur ihre Welle 1, auf welcher gemäß der Erfindung unmittelbar der Istwertschieber 2 angeordnet ist. Der Sollwertschieber wird durch den Teil 3 gebildet. Er ist frei fliegend auf der Welle 4 einer nicht weiter dargestellten Maschine angeordnet.

Die Drehzahl der Welle 4 ist durch das durchzuführende Regelgesetz bestimmt.

Wenn man den Istwertschieber unmittelbar auf der Turbinenwelle anordnet, so hat man zunächst die Wahl, ob man ihn innen und den Sollwertschieber außen anordnen will oder umgekehrt. Die äußere Anordnung des 'Sollwertschiebers 3 würde dazu zwingen, Dichtungen, und zwar für Hochdruckdarnpf, auf verhältnismäßig großem Durchmesser vorzusehen, wodurch nicht unerhebliche Dampfverluste und außerdem Schwierigkeiten bei der Beherrschung des Leerlaufes entstehen würden. Es ist deshalb zweckmäßiger, den Sollwertschieber innerhalb des Istwertschiebers anzuordnen, wie es die Abbildung zeigt. Der Frischdampf wird zunächst in den Ringraum 5 eingeführt, gelangt in den Sollwertschieber 3, tritt in den Istwertschieber 2 über und gelangt von diesem in einen Druckausgleich- und Sammelraum, der unmittelbar mit der eigentlichen Turbine in Verbindung stehen kann. Im Ausführungsbeispiel ist jedoch eine andere Anordnung gewählt, die weiter unten erläutert werden soll.

Der Sollwertschieber 3 besitzt einen verhältnismäßig geringen Durchmesser, so daß es nicht möglich wäre, den" Dampf unter An-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Gustav Köhler in Berlin-Halensee.

wendung der üblichen Geschwindigkeiten durch ihn hindurchzuführen. Er ist deshalb düsenförmig ausgebildet, um in ihm die Dampfgeschwindigkeit auf ein Mehrfaches der sonst üblichen Geschwindigkeit zu steigern. Dann würde aber hinter dem Sollwertschieber eine große, nicht ausnutzbare Dampfgeschwindigkeit vorhanden sein, also ein Verlust auftreten. Um diesen weitgehend ίο zu vermeiden, wird der Sollwertschieber als umlaufende Düse und der Istwertschieber als Rückstoßstufe ausgebildet. Der Istwertschieber gibt also Leistung ab und bildet daher einen an der Leistungserzeugung teilnehmenden Maschinenteil.

Der Aufbau des Istwertschiebers sei an Hand der Abb. 2 erläutert. Er besteht aus der Tragscheibe 7 (Abb. 1) und aus der Deckscheibe 8 (Abb. 1). Zwischen diesen beiden Scheiben ist eine Reihe von Kanälen'gebildet, und zwar in symmetrischer Anordnung. Die Kanäle sind mit 9 und g^a, 10 und io^ß, 11 und ii^a und 12 und 12° bezeichnet. Sie sind zur Erzielung einer Stoßwirkung nicht als gerade radiale, sondern als gekrümmte Kanäle verhältnismäßig großer Länge ausgebildet. Der Ringraum 13 (Abb.i) des Sollwertschiebers 3, der nach außen hin durch den Kranz 14 (Abb. i) abgeschlossen ist, geht in die Kanäle 15, 15^s und 16, i6^fl über.

Diese Ausbildung von Sollwertschieber und Istwertschieber ermöglicht die Einführung einer Füllungsreglung, wie sie im Turbinenbau üblich ist. Die Regelkurven einer Dampfturbine sind im allgemeinen keine geraden Linien, sondern Kurven, deren Krümmung man durch die Ausbildung der Ventilkragen festlegen kann. An sich wäre eine Übertragung der Drosselkragen auf die vorliegende Drehschiebersteuerung möglich. Hierzu müßte man aber entweder eine Abrundung der Steuerkanten oder eine ungleiche Breite der Steuerschlitze vorsehen. Beides wäre aber wegen des geringen zur Verfügung stehenden Raumes schwer durchführbar und die Herstellung teuer. Es läßt sich jedoch eine Knickung der Regelkurve erreichen, wenn man die Steuerkanäle so staffelt, daß die Öffnungsbewegung eines nachfolgenden Kanals bereits beginnt, ehe die Öffnungsbewegung eines vorangehenden Kanals vollkommen durchgeführt ist. Hierdurch erhält man von einem bestimmten Punkt an eine veränderte Steigung der Regelgeraden, also eine geknickte Linie.

In der in Abb. 2 dargestellten Lage der Kanäle im Sollwertschieber und im Istwertschieber ist kein· Steuerkanal des Istwertschiebers offen. Bei einer geringen Verdrehung der beiden Schieber zueinander wird zunächst eine Verbindung zwischen dem Kanal 15 des Sollwertschiebers und dem Kanal 9 des Istwertschiebers hergestellt. Mit fortschreitender Verdrehung der beiden Schieber gegeneinander wird auch der Kanal 10 an den Kanal 15 angeschlossen, die Füllung der Turbine also gesteigert. Bei einer Weiterverdrehung kommt der Kanal 16 in Verbindung mit dem Kanal 11, und zwar bereits dann, ehe die Öffnungsbewegung des Kanals 10 vollendet ist. Wird die Verdrehung der beiden Schieber gegeneinander noch weiter getrieben, so schließt der Kanal 16 auch noch den Kanal 12 an die Frischdampfleitung an. Die Bedeutung dieses Anschlusses wird weiter unten erläutert werden.

Durch die eben beschriebene Ausbildung von Istwertschieber und Sollwertschieber ist es also möglich, ohne Zwischenschaltung eines Reglergetriebes oder eines sonstigen mechanischen Getriebes eine Füllungsregelung einer Turbine zu schaffen, die ohne jede Verzögejung arbeitet.

Die Tragscheibe 7 des Istwertschiebers (Abb. 1) ist nun gemäß der Erfindung weiter gleichzeitig als Träger einer radial beaufschlagten Beschaufelung 17 ausgebildet, die von dem aus dem Istwertschieber 2 austretenden Dampf beaufschlagt wird. Die Dampfströmung ist dabei von außen nach innen gerichtet. Nach dem Durchströmen dieser Beschaufelung gelangt der Dampf in einen Abdampfstutzen 16, der über ein Überströmrohr mit der eigentlichen Turbine in Verbindung steht. In der Abb. 1 ist eine Bohrung 19 eingezeichnet, die der Öffnung 19 der Abb. 2 entspricht. Diese öffnung mündet in einen Raum 20 innerhalb der radial beaufschlagten Beschaufelung. Die Öffnung 19 wird an die Frischdampfzufuhr angeschlossen, wenn eine Verbindung zwischen den Kanälen 16 und 12 hergestellt wird. Diese Verbindung dient zur Zuführung von Überlastdampf.

Jede Überdruckturbine besitzt einen Achsschub, der durch den Druck des Arbeitsdampfes erzeugt wird. Da man ihn mit Hilfe von Kammlagern nur bis zu einer Größe aufnehmen kann, die weit unterhalb der tatsächlichen Schubgröße liegt, so muß man dampfmäßigen Schubausgleich anstreben. Zu diesem Zweck verwendet man, sobald keine dampfmäßige Gegenschaltung von Schaufelteilen möglich ist, die bekannten Ausgleichskolben.

Der Regleraufbau gemäß der Erfindung bietet nun die Möglichkeit, den Regler selbst als Vorrichtung zum Ausgleich des Achsschubes auszubilden. Zu diesem Zweck ist die Deckscheibe 8 durch eine Dichtung 20 gegenüber dem Reglergehäuse abgedichtet, und der zwischen dieser Dichtung 20 und der Dichtung 21 des Sollwertschiebers gegenüber

dem Gehäuse abgeschlossene Raum 22 - steht in bekannter Weise mit einem Zwischendruck der Turbine in Verbindung. Die Deckscheibe 8 wird dann auf der einen Seite vom Druck des Frischdampfes in den Kanälen des Istwertschiebers, auf der anderen Seite vom Zwischendruck beaufschlagt, und man kann dann die Druckverhältnisse so wählen, daß der von dieser Scheibe ausgeübte Schub dem Achsschub der eigentlichen Turbine das Gleichgewicht hält, wobei selbstverständlich auch der Schub auf die Tragscheibe 7 berücksichtigt werden muß. .

Zu dem neuen Aufbau eines Schnellreglers für Turbinen ist noch folgendes zu sagen: Es sollte ein Regelorgan geschaffen werden, das eine hohe Regelgeschwindigkeit ermöglicht. Dies wird einmal dadurch erzielt, daß der. Istwertschieber unmittelbar mit der Maschine gekuppelt ist und somit die hohe Drehzahl der Maschine selbst annimmt. Weiter wird eine stark erhöhte Regelgeschwindigkeit durch Wahl einer außergewöhnlich hohen Durchflußgeschwindigkeit des Dampfes durch die Regelorgane erzielt, die dementsprechend kleine Querschnitte erhalten. Hierdurch ergeben sich geringe Leckdampfmengen, und diese wieder schaffen die Möglichkeit der Beherrschung der Maschine

>3o auch im Leerlauf. Baulich führt der neue Aufbau zu einer Vereinfachung und Verbilligung. Es gibt keine verzweigten Rohrleitungen, keine unsymmetrische Ausbildung des Gehäuses und damit auch keine Gehäusever-Ziehungen. Infolgedessen lassen sich die Spiele in den Schaufeln und in den Stopfbüchsen klein halten, was wiederum zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades führt. Der Platzbedarf der neuen Anordnung ist, trotzdem die Maschine gewissermaßen als Zweigehäusemaschine ausgebildet ist, nicht größer als der einer normalen Eingehäusemaschine. Trotzdem werden die Vorteile der Zweigehäusemaschine, nämlich verbesserter Wirkungsgrad, Unterteilung des Temperaturgefälles und verringerte Läuferlängen, erhalten.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Schnellregler für Turbinen nach Patent 582 436 mit einem Istwertschieber und einem Sollwertschieber, deren Lage zueinander die Dampfzufuhr zur Maschine bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwertschieber unmittelbar auf der Turbinenwelle angeordnet ist.

2. Schnellregler nach Anspruch 1, da-

durch gekennzeichnet, daß der Sollwertschieber innerhalb des Istwertschiebers liegt.

3. Schnellregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertschieber düsenartig ausgebildet ist, um die Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes in ihm auf ein Mehrfaches der üblichen Dampfgeschwindigkeit zu steigern.

4. Schnellregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwertschieber als an der Leistungserzeugung teilnehmenden Maschinenteil ausgebildet ist.

5. Schnellregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Istwertschieber mit Sollwertschieber eine Stoßstufe mit veränderlichemZwischenquerschnitt bildet.

6. Schnellregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwertschieber gekrümmte Kanäle mit Stoßwirkung besitzt.

7. Schnellregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwertschieber Träger einer radial beaufschlagten Beschaufelung ist, die von dem aus dem Istwertschieber austretenden Dampf beaufschlagt wird.

8. Schnellregler nach einem der Ansprüche i, 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler in einem vom eigentlichen Turbinengehäuse getrennten Gehäuse untergebracht ist.

9. Sehnellregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwertschieber den Ausgleichskolben der Turbine ersetzt.

10. Schnellregler nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Sollwertschieber und Istwertschieber in einzelne

■ voneinander getrennte Steuerkanäle unterteilt sind, die je nach dem Verdrehungswinkel der beiden Schieber gegeneinander in Verbindung miteinander gebracht werden.

11. Schnellregler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalüberdeckungen in der Weise gestaffelt sind, daß die Öffnungsbewegung eines nachfolgenden Kanals bereits beginnt, ehe die ÖfEnungsbewegung des vorangehenden Kanals vollendet ist.

12. Schnellregler nach Anspruch 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Steuerkanäle des Istwertschiebers in oder hinter der radial beaufschlagten Beschaufelung mündet und zur Zuführung des Überlastdampfes dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen