<Desc/Clms Page number 1>
Rohrbruchautomat
Die Erfindung bezieht sich auf sogenannte
Rohrbruchautomaten (Rohrbruchventile, Rohr- bruchklappen), das sind Abschlussorgane, die in dampf-oder wasserführenden Rohrleitungen zwischen dem Dampferzeuger (der Stauanlage) und dem Verbraucher, z. B. einem Turbogenerator eingebaut sind. Diese Abschlussorgane sollen unter der Einwirkung der bei Rohrbruch plötzlich ansteigenden Strömungsgeschwindigkeit (Geschwindigkeitsstoss) auf eine das Abschlussorgan auslösende Staufläche in die Schliesslage gehen und eine gefahrbringende Entleerung des Kessels (des Staubeckens) verhindern.
Während es zwar erwünscht ist, dass der Automat sicher anspricht, wenn ein Rohrbruch auch von geringem Ausmass eingetreten ist, soll das Abschlussorgan anderseits unempfindlich sein gegen solche Geschwindigkeitsstösse, die auf das Stauorgan einwirken, wenn im Zuge einer plötzlichen, betriebsmässigen Belastungssteigerung die Strömungsgeschwindigkeit in der Rohrleitung ruckartig ansteigt.
Dieser doppelten Forderung soll aber der Automat in allen Belastungsstufen des Turbogenerators entsprechen, angefangen vom Leerlauf (minimale Strömungsgeschwindigkeiten) bis zur vollen Belastung (maximale Strömungsgeschwindigkeiten). Das gibt Anlass zu folgender Betrachtung :
Die bei einer bestimmten Belastung KW des Turbogenerators herrschende Strömungsgeschwindigkeit (Nutzgeschwindigkeit") sei mit "n" bezeichnet. Tritt bei dieser Belastung ein Rohrbruch ein, so soll die Strömungsgeschwindigkeit, bei welcher der Automat absperrt, mit"b" (Bruchgeschwindigkeit) bezeichnet sein. Die jeweils für das Ansprechen eines Automaten erforderliche Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit (b-n) gibt ausgedrückt in Prozenten der jeweiligen Nutzgeschwindigkeit ein Mass für die "Bruchempfindlichkeit"E des Automaten.
Es herrscht also die Beziehung
EMI1.1
wobei n eine Funktion der Generatorbelastung KW ist.
In jeder beliebigen Belastungsstufe des Generators sollen aber betriebsmässige plötzliche Steigerungen der Nutzgeschwindigkeit bis zum Höchstwert N zulässig sein, ohne dass der Automat anspricht. Es wird also von einem Automaten auch eine gewisse Unempfindlichkeit U verlangt, die man (in Prozenten der Nutzgeschwindigkeit) aus der Beziehung
EMI1.2
errechnen kann. Jeder Belastungsstufe ist also überdies ein bestimmter Wert von U zugeordnet, der sehr wesentlich von der Regelvorrichtung der Turbine abhängt.
Erfindungsgemäss wird unter Berücksichtigung der eben dargelegten theoretischen Erwägungen der Rohrbruchautomat so ausgemittelt und eingestellt, dass in allen Leistungsstufen der Kraftanlage Werte von E, bei denen das Stauorgan auf einen Rohrbruch anspricht, etwas über den Werten von Uliegen, welchedenmaximalenbetriebsmässigen Geschwindigkeitsstössen entsprechen.
Damit ist ein neues Verfahren für einen möglichst rationellen Betrieb von Kraftanlagen mit Rohrbruchautomaten gegeben. Dieses Verfahren setzt in baulicher Hinsicht voraus, dass die dem Strömungsdruck entgegen wirkende Belastung des Stauorganes in Abhängigkeit von der dem Turbogenerator auferlegten Leistung elektrisch oder mechanisch verändert wird, u. zw. so, dass mit sinkender Leistung des Turbogenerators die Belastung des Stauorganes sich vermindert, bei steigender Leistung des Turbogenerators hingegen erhöht wird.
Einen Sonderfall bieten die kurzdauernden, kräftigen GeschwindigkeitsstösseinderRohrleitung, wie sie bei plötzlich gesteigertem, nutzbarem Verbrauch an Strömungsmittel z. B. im Gefolge ruckartiger Schwankungen der Netzspannung (Netzbelastung) bei elektrischen Generatoren auftreten können. Es ist nicht erwünscht, dass der Automat auf solche, nicht durch einen Rohrbruch bedingte Geschwindigkeitsstösse anspricht und dadurch zu unerwünschte Unterbrechungen, z. B. in der Stromversorgung, Anlass gibt. Auch hier schafft die Erfindung Abhilfe, indem dem Stauorgan Drosselorgane vorgeschaltet sind, die einen kurzdauernden Geschwindigkeitsstoss abbremsen, ohne aber das Ansprechen des Automaten zu behindern, wenn eine dauernde Erhöhung der Geschwindigkeit und damit des Strömungsdruckes entsprechend einem Rohrbruch eingetreten ist.
<Desc/Clms Page number 2>
Weitere Einzelheiten der Erfindung betreffen besondere Anordnungen der dem Staudruck des strömenden Mediums unterworfenen Organe.
Die Zeichnung zeigt mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei stets nur das Stauorgan dargestellt ist, dessen Bewegung (z. B. durch Vermittlung eines Servomotors) die Schliessbewegung des nicht dargestellten Abschlussorganes auslöst.
EMI2.1
bruchautomaten. Fig. 3 zeigt ein Beispiel für. die mechanische Beeinflussung desselben. Die
Fig. 4,5, 6,7 zeigen Anordnungen für das Abbremsen kurzdauernder Geschwindigkeitsstösse.
In Fig. 1 bezeichnet 1 die Rohrleitung, welche von einem Dampfkessel (einer Stauanlage) zum
Turbogenerator führt. Bei "A" ist in die Rohr- leitung der Rohrbruchautomat eingebaut, der ein dem Strömungsdruck ausgesetztes, belastetes
Stauorgan umfasst, das bei einer dem Rohrbruch entsprechenden Geschwindigkeitssteigerung das Abschlussorgan (Ventilkegel, Klappe) des Automaten in die Schliessstellung bringt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine dem
Strömungsdruck ständig ausgesetzte Stauscheibe 2 am Arm 3 eines Winkelhebels angeordnet, der in einer Austiefung der Rohrleitung drehbar gelagert ist. Der Drehzapfen 4 ist nach aussen geführt und dort mit dem zweiten Arm 5 des Winkelhebels fest verbunden, der mit dem verschiebbaren Gewicht 6 und zusätzlich durch den Kern 10 eines Solenoides 11 belastet ist, das über die Leitungen M, N erregt wird.
Um diese Erregung von der Belastung des Turbogenerators abhängig zu machen, ist in die Rohrleitung bei T (unmittelbar vor dem Turbogenerator) eine zweite Stauscheibe 12 eingebaut, die gleichfalls dauernd dem Strömungsdruck ausgesetzt ist und am Arm 13 eines Winkelhebels sitzt, der bei 14 drehbar gelagert ist. Der zweite, ausserhalb der Rohrleitung spielende Arm 15 des Winkelhebels ist von einer dem Staudruck entgegenwirkenden Feder 16 belastet und als Schaltarm für den Widerstand W eines Stromkreises ausgebildet, der z. B. von einer Batterie B gespeist wird. In diesem Stromkreis wird über die Leitungen M, N die erwähnte Solenoidwicklung 11 erregt.
Sinkt (mit der Belastung des Turbogenerators) die Dampfgeschwindigkeit in der ganzen Rohrleitung, so sinkt primär bei T auch der Druck des strömenden Mediums gegen die Stauscheibe 12, die unter dem Einfluss der Federspannung 16 in die neue, gestrichelt angedeutete Gleichge- wichtslage geht. Dabei hat der Arm J des Winkel- hebels den im Solenoidkreis liegenden Widerstand vergrössert, die Erregung der Spule 11 (bei A) sinkt und damit auch die dem Strömungsdruck entgegen wirkende Gesamtbelastung der Stauscheibe 2. Bei steigender Belastung des Turbogenerators und dementsprechend steigender Nutz- geschwindigkeit in der Rohrleitung findet die entgegengesetzte Beeinflussung der Belastung der
Stauscheibe 2 statt, d. h. die Bruchempfindlichkeit des Automaten wird verringert.
Durch empirisch ermittelbare Bemessung des Widerstandes W - kann man erreichen, dass der Automat stets mit der erwünschten Bruchempfindlichkeit anspricht, auch wenn die bei Rohrbruch gerade herrschende Nutzgeschwindigkeit in der Rohrleitung innerhalb weiter Grenzen variiert. Bei jeder Unterbrechung im Batteriestromkreis wird das Solenoid 11 stromlos. Es fällt die gesamte Zusatzbelastung der Stauscheibe 2 fort und der Automat, der in den Zustand der höchstmöglichen Empfindlichkeit versetzt ist, löst das Abschlussorgan aus, was durchaus erwünscht ist.
Fig. 2 zeigt ein Rohrbruchventil, bei dem unter Entfall einer besonderen, als Auslöseorgan wirkenden Stauscheibe, der Rohrbruchkegel 20 selbst die Mindestgewichtsbelastung darstellt. Bei 21 ist am Rohrbruchkegel der linke Arm des bei 22 drehbar gelagerten Doppelhebels angelenkt. Am rechten Arm 23 ist ein kleines Entlastungsgewicht verschiebbar angeordnet, das so eingestellt wird, dass bei Nullverbrauch der Kegel schon bei Rohrbrüchen kleinsten Ausmasses in die Schliesslage geht. Die variable Zusatzbelastung kann der Gewichtsbelastung 6 vom Solenoid 11 über den Seilzug 24 in Abhängigkeit von der nutzbaren Strömungsgeschwindigkeit an der Stelle T" (z. B. in der gemäss Fig. 1 erläuterten Schaltung) überlagert werden.
Ein Beispiel einer mechanischen Steuerung zeigt Fig. 3.
Mit der Drehachse 14 der Stauscheibe 12 ist an der Stelle" T" ausserhalb der Rohrleitung der das Belastungsgewicht 25 tragende Arm 26 verkeilt. Mit 27 ist ein Zugseil bezeichnet, das rechten Endes am Arm 26 angreift und beim Automaten A über eine Rolle 28 zum aussenliegenden Ende des Winkelhebels 3-5 führt, der bei 4 drehbar gelagert ist und dessen Arm 3 die Stauscheibe 2 trägt.
Um den Automaten gegen die nur kurzdauernden betriebsmässigen Geschwindigkeitssteigerungen (Geschwindigkeitsstösse) unempfindlich zu machen, werden erfindungsgemäss diese Stösse abgeschwächt, bevor sie zum Stauorgan gelangen können.
Eine solche Anordnung zeigt Fig. 4, wo eine Stauscheibe von Durchmesser D von einem zylindrischen Gehäuse 30 umschlossen ist, das in einen Stutzen 31 von wesentlich kleinerem Durchmesser D übergeht. Dieser Stutzen bildet gegenüber kurzdauernden Stössen, wie sie betriebsmässig auftreten, für die Stauscheibe 2 eine Blende, die um so kräftiger wirkt, je kleiner sein Durchmesser gegenüber dem der Stauscheibe gewählt wird.
Um die abblendende Wirkung zu erhöhen, kann man gemäss Fig. 5 in den Rohrstutzen labyrinthartig wirkende Widerstände, z. B. gegeneinander versetzte Segmente 32 anordnen.
Gemäss Fig. 6 sind zwei Stauorgane 40, 41 vorgesehen, von denen der dem Strömungsdruck primär ausgesetzte Staukonus 40 einen wesentlich kleineren Durchmesser hat als die eigentliche
<Desc/Clms Page number 3>
Stauscheibe 41. Beide Stauorgane sitzen auf der gemeinsamen Spindel 42, die bei 43 gelenkig mit dem unteren Ende des bei 45 drehbar gelagerten Winkelhebels 44-46 gekuppelt ist. Der Arm 46 des Winkelhebels trägt das Belastungsgewicht 47. Das beiden Steuerorganen gemeinsame Gehäuse weist einen zylindrischen Stutzen48 auf, der den Staukonus unter Belassung eines geringen Spaltes umschliesst, in einen konisch erweiterten Teil 49 übergeht, der die Stauscheibe41 mit reichlichem Spiel umschliesst und anschliessend sich wieder zu einem zylindrischen Teil 50 verengt, der dem Durchmesser der Stauscheibe angepasst ist.
Kurzdauernde, betriebsmässige Geschwindigkeitsstösse in der Rohrleitung werden vom kleinen Staukonus 40 unter geringer Verschiebung abgefangen, ohne dass der Automat anspricht. Dagegen verschiebt der bei einem Rohrbruch erhöhte und länger andauernde Strömungsdruck den Staukonus in die Stellung gemäss Fig. 7, in der er aus dem engen Hals 48 in die Gehäuseerweiterung 49 gelangt ist, während die Scheibe 41 eben in den anschliessenden, sehr wenig Spiel bietenden Zylinder 50 eintritt. Die dem Rohrbruch entsprechende erhöhte Strömungsgeschwindigkeit kann jetzt über den Konus 40 fast ohne Abblendung auf die Stauscheibe 41 einwirken, die mit grosser Kraft den sofortigen Abschluss der Rohrleitung auslöst.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Rohrbruchautomat, dessen Abschlussorgan durch ein ständig dem Strömungsdruck des Mediums ausgesetztes Stauorgan ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit, bei der das Stauorgan auf einen Rohrbruch anspricht (Bruchgeschwindigkeit), in Abhängigkeit von der Belastung der Kraftanlage geregelt wird.
2. Verfahren für den Betrieb von Dampf-oder