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System zum automatischen Regeln der Kühleinrichtung von elektrischen Generatoren
Es wurde bereits vorgeschlagen, das Kühlen von Generatoren durch eine künstliche Kühlung vorzu- nehmen, indem als künstliche Kühleinrichtung eine Dampfstrahl-Kälteanlage verwendet wird, deren Ar- beitsdampf einer entsprechenden Anzapfstelle entnommen wird und indem die im Verdampfer der Kälte- maschine entstehenden Dämpfe durch die Dampfstrahlpumpen in dem Kondensator der Turbine kompri- miert werden. Wichtig ist dabei, dass die zum Rückkühlen des den Generator kühlenden Gases dienende
Wärmeaustauscher-Einrichtung in zwei Teile aufgeteilt ist, von welchen der eine, je nach Bedarf, entweder durch das frische Kühlwasser oder aber durch die künstliche Kältemaschine, und der andere Teil jeweils durch frisches Kühlwasser gekühlt wird.
Weiters ist dabei wichtig, dass an dem durch künstliche Kühlung kühlbaren Teil des Wärmeaustauschers immer das im Dampfstrahlkühlsystem zirkulierende Kondensat, also auch dann, wenrdieserTeil nicht künstlich, sondern durch frisches Kühlwasser gekühlt wird, hindurchströmt. In solchen Fällen erfolgt diese Kühlung mittelbar, indem eine weitere Hilfskühleinrichtung eingeschaltet ist, durch welche das aufgewärmte Kondensat rückgekühlt wird. Im Falle der Einschaltung der künstlichen Kühlung hingegen umgeht das frische Kühlwasser die H11fskUhlf1 che über eine Umgehungsleitung.
Obiges Verfahren bezweckt nicht nur, dass die normale Leistung des Generators auch bei wärmerem Kühlwasser abgegeben werden kann, sondern auch, dass im Interesse der Grenzleistungserhöhung der Generatoren, der Generator mit künstlicher Kühlung auch mit höherer Belastung betrieben werden kann.
Auf diese Weise kann also die Umschaltung von der natürlichen Kühlung auf die künstliche Kühlung auch durch die Belastungsänderung des Generators nötig gemacht werden, was naturgemäss nur durch ein Automatisieren der Regelung gelöst werden kann. Die hiezu zu verwendende automatische Regelung hat aber eine derart mannigfaltige Aufgabe zu erfüllen, dass sich die Notwendigkeit der Verwendung eines speziellen Systems gezeigt hat.
Die Aufgaben der Regelung sind nämlich die folgenden :
1. Es muss gewährleistet werden, dass die im Generator vorherrschende Temperatur die vorgeschriebene maximale Temperatur weder bei Belastungserhöhung, noch bei Temperaturerhöhung des KUlwasees übersteigt. Diese Bedingung ist umso wichtiger, als hiedurch nicht nur die schädliche Erwärmung einzelner Werkstoffe vermieden, sondern auch verhindert wird, dass zwischen den einzelnen Werkstoffen verschiedener Wärmedehnung infolge Temperaturerhöhung schädliche Kraftwirkungen auftreten. Diese Regelungsaufgabe ist übrigens recht kompliziert, da doch bei Abnahme der Belastung des Generators bei einer gegebenen Kühlwassertemperatur auch die Kühlgastemperatur ständig abnimmt.
Gleichzeitig muss aber die Temperatur des Kühlgases auch bei steigender Generatorbelastung und bei gegebener Kühlwassertemperatur vermindert werden.
Bei höherer Generatorbelastung ist nämlich die abzuführende Verlustwärme grösser, die aber im Falle der Kühlgasdruck und die zirkulierende Menge des Kühlgases nicht verändert werden, nur durch Vergrössern der zwischen den Leitflächen und dem KUhlgas vorhandenen Temperaturdifferenz abgeführt werden kann.
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Falls die im Generator zugelassene Maximaltemperatur nicht überschritten werden darf, kann aber die
Temperaturdifferenz bloss durch Verminderung der Kühlgastemperatur vergrössert werden. Bei Vermin- derung der Belastung vermindert sich die Kühlgastemperatur also automatisch, während sie bei Zunahme der Belastung, nach Erreichen eines zugelassenen Wertes, künstlich herabgesetzt werden muss.
Auf diese Weise muss die Regelung in Abhängigkeit von der Belastung den nach dem Austreten aus dem Generator gültigen maximalen Wert des Kühlgases als den impulsgebenden Sollwert fixieren, um sodann als sekundäreAufgabe denSollwert durch Einschaltung der Kältemaschine gleichzuhalten.
2. Solange die Kühlgastemperatur den Sollwert nicht überschreitet, arbeitet das System nur mit na- türlicher Kühlung, bei der das frische Kühlwasser durch die Hilfskühlf1 che hindurchströmt. Beim Errei- chen des Sollwertes muss hingegen auf die künstliche Kühlung umgeschaltet werden.
3. Die Leistung der künstlichen Kühlung bzw. die Temperaturen des zirkulierenden Kondensats sind so einzustellen, dass die Temperatur des Kühlgases dem Sollwert entspricht.
. 4. Mit dem Einschalten der künstlichen Kühlung muss gleichzeitig das frische Kühlwasser, die Hilfs- kühlfläche umgehend, in den Wärmeaustauscher geführt werden.
5. Das umgewälzte Kondensat muss bei künstlicher Kühlung zu den Zerstäubern des Verdampfers ge- führt werden, bei natürlicher Kühlung hingegen unter dem Wasserspiegel in den Verdampfer geleitet wer- den.
Im Falle der künstlichenkühlung muss nämlich das zurückgelangende und erwärmte Kondensat in die
Zerstäuber gelangen, um die zum Rückkühlen nötige Ausdampfung herbeizuführen bzw. damit die hiezu nötigen grossen Ausdampfflächen erzielt werden können. Wird aber die künstliche Kühlung abgeschaltet, wäre es naturgemäss nachteilig, das mit unveränderter Temperatur zurückgelangende Kondensat zu zerstäuben, da hiedurch bloss der zur Entlüftung dienende Ejektor ausserordentlich schwer einstellbar wäre und überdies bei der Einstellung des Ejektors ein Teil des zerstäubten Kondensats inDampfform abgesaugt werden würde, da sonst das zerstäubte Kondensat Dampf in den Verdampfer rücksaugt, der auf diese Weise praktisch als "Kondensator" arbeiten würde.
Wird das Kondensat im Falle der natürlichen Kühlung durch eine besondere Leitung unter dem Wasserniveau unmittelbar in der Nähe der Anschlussstelle der Saugleitung derUmwälzpumpen eingeführt, so wird hiedurch der im Raum über dem Wasserspiegel des Verdampfers vorherrschende Zustand praktisch nicht beeinflusst und der Entlüftungsejektor kann mit Hilfe der kleinstmöglichen Dampfmenge ungestört betrieben werden.
6. Im Verdampfer der Kälteanlage muss auch im Falle der natürlichen Kühlung ein den Temperaturverhältnissen entsprechender Druck vorherrschen.
Durch das erfindungsgemässesystem, das eine Ausgestaltung der durch Patent Nr. 213483 geschützten Einrichtung betrifft, werden obige Aufgaben in einfachster und wirtschaftlichster Weise dadurch gelöst, dass im Kühlmittelkreis des Generators mindestens ein Temperaturfühler vorgesehen und an einen einstellbaren Temperaturregler angeschlossen ist, der über eine Servoreinrichtung das Schaltorgan im Frisch- wasserkühlkreis und das Regelorgan des künstlichen Kühlkreises betätigt. Der Temperaturregler kann erfindungsgemäss in Abhängigkeit von der Leistung des Generators eingestellt werden. In Ausgestaltung der Erfindung ist im Kühlmittelkreis des Generators je ein Temperaturfühler beim Eintritt bzw.
Austritt des Kühlmittels im Generator vorgesehen, wobei der Temperaturregler durch den Differenzimpuls der beiden Temperaturfühler eingestellt wird. Der künstliche Kühlkreis weist eine durch ein Umschaltorgan angeschlossene Nebenschlussleitung auf, die bei Umgehung der Hilfskühlfläche über den Wasserraum des Verdampfers des Kühlkreises der künstlichen Kühlung geschlossen ist. Die Erfindung erstreckt sich ferner auf zusätzliche bauliche Ausgestaltung des Systems. Durch das erfindungsgemässe System wird die Kühlung des Generatorkühlmittels in Abhängigkeit von der Temperatur desselben selbsttätig entweder durch Frischwasser bewirkt oder hiezu auch eine künstliche Kühlung herangezogen.
Bei Einstellung des Temperaturreglers auf einen vorbestimmten Temperaturwert hält demnach das Regelsystem die Temperatur des Generatorkühlmittels konstant, ob dies nun durch reine Frischwasserkühlung oder durch eine Kombination von Frischwasserkühlung und künstlicher Kühlung erreicht wird. Dadurch wird die Wirtschaftlichkeit des Betriebes wesentlich verbessert, da die Dampfstrahlkältemaschine an der Kühlung des Generatorkühlmittels nur dann teilnimmt, wenn die Frischwasserkühlung zu diesem Zweck nicht ausreicht. Wird der Temperaturregler in Abhängigkeit von der Leistung des Generators eingestellt, so wird die Regelung der Kühleinrichtung vollautomatisch.
Die einzelnen Regelorgane sind so-zueinander angeordnet, dass die Zwangsbetätigung der einzelnen Organe gegeneinander in einfacher Weise gesichert ist, wodurch die Möglichkeit von Fehlschaltungen vermieden wird.
Das erfindungsgemässe System wird in einer beispielsweisen Ausführungsform durch das Schaltschema dargestellt.
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Der Regler 1 sorgt für die Aufrechterhaltung des Sollwertes für das Kühlgas. Der in die den Generator 26 verlassende Kühlgaszirkulation eingebaute Temperaturfühler als Impulsaufhahmestelle 2 übermittelt dem Regler 1 die dort vorherrschende Temperatur ; gleichzeitig gibt der dem Reglerorgan 4 der Dampfturbine 3 entnommene Impuls dem Regler 1 den Sollwert der Küh1gastemperatur an. Dieser Impuls kann aber auch auf andere Art abgeleitet werden, wie z. B. von der Strombelastung des Generators, insbesondere wenn sich der Wert von cos ç ändert oder von einem geeigneten Instrument ausgehen.
Ist dieser Sollwert geringer, als die an der Impulsentnahmestelle 2 gemessene Temperatur, so schaltet der Regler 1 durch eine entsprechende Hilfseinrichtung 5 die in die Kühlwasser- und Kondensatleitung eingebauten Dreiwegventil 6 und 7. Diese Ventile sind entweder durch eine mechanische Einrichtung 8 gemäss der Zeichnung oder durch beliebige elektrische oder hydraulische Mittel zu einem zwangsläufigen System verbunden. Durch das Umschalten der Dreiwegventil strömt das Kühlwasser 25 nicht durch die Hilfekühlfläche 9, sondern durch die Umgehungsleitung 10 in den warmen, kühlgasseitigen Teil 12 des Wärmeaustauschers 11.
Gleichzeitig strömt das von der Zirkulationspumpe 13 im Umlauf gehaltene Kondensat 14 durch den kaltgasseitigen Teil15 des Wärmeaustauschers 11 und durch den Hilfskühler 9 ohne Temperaturänderung, gelangt jedoch durch die Umstellung des Dreiwegventils 7 nicht durch die Leitung 16 unmittelbar, sondern über die Zerstäuber 17 in den Verdampfer 18.
Auf diese Weise wird also das System durch den Regler 1 auf die künstliche Kühlung umgeschaltet, wonach der Steuerimpuls durch die Hilfseinrichtung 5 hindurch zu den den Arbeitsdampf der Ejektoren beschickenden Ventilen 19 der Weg gebahnt wird. Hierauf wird mittels entsprechender Servomotoren sovielDampf denEjektoren 20 zugeführt, dass sich der Sollwert der Kühlgastemperatur einstellt. Wenn der Sollwert der Kühlgastemperatur zu steigen beginnt. spieltsich der geschilderte Vorgang in umgekehrter Folge ab, so dass vorerst der Arbeitsdampf für die Ejektoren abgestellt und sodann die Dreiwegventile in ihre ursprung-
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Lage zurückgeschaltetwerden.
Da die Saugleitungenben, wird einzuströmen vonDampf vom Kondensator 27 in den Verdampfer 18 durch in denDruckleitungen der Ejektoren vorgesehene Rückschlagventile 22 verhindert.Der Verdampfer 18 wird gleichzeitig von einem über ein handbetätigtes Regelventil 23 gesteuerten Ejektor 24 in den Kondensator 27 der Dampfturbine entlüftet. Das beschriebene Regelungssystem 1st naturgemäss mit beliebigen Betätigungseinrichtungen irgendwelcher Art zu verwirklichen und es kann sowohl ein mechanisches, ein pneumatisches oder hydraulisches sowie ein elektrisches System oder ein beliebig kombiniertes System verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. System zum automatischen Regeln der Kühleinrichtung von elektrischen Generatoren mit einem Kühlmittelkreis, der über einen unterteilten Wärmeaustauscher angeschlossen ist, deren Teile je in einem Kühlkreis für Frischwasserkühlung und einem Küh1kreis für künstliche Kühlung mittels einer Dampfstrahlkältemaschine liegen und beide Küh1kreise über eine umgehbare Hilfsküh1fiäche miteinander gekoppelt sind, wobei im Frischwasserkühlkreis ein Schaltorgan zum Umgehen bzw.
Einschalten der Hilfsküh1fläche vorgesehen und dem künstlichen Küh1kreis mindestens ein Regelorgan zum Einschalten des künstlichen Kühlkreises und zum Regeln seiner Temperatur bei Umgehung der HilfskWüfläche zugeordnet ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 5 des Patentes Nr. 213483, dadurch gekennzeichnet, dass im KUhlmittelkreis des Generators (26) mindestens ein Temperaturfühler (2) vorgesehen und an einen einstellbaren Temperaturregler (1) angeschlossen ist, der über eine Servoeinrichtung (5) das Schaltorgan (6) im Frischwasser- kühlkreis (25,6, 9,10, 12) und das Regelorgan (19) des künstlichen Kühlkreises (13, 14,15, 7, 17,18) betätigt.