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Hydraulisch arbeitende Schnellschliesseinrichtung für Dampf- oder Gasturbinen
EMI1.1
Ein besonderes Problem bei der Regelung von Dampf- oder Gasturbinen ist die Notwendigkeit, die
Regelventileinstellung so rasch den Belastungsverhältnissen anpassen zu können, dass die Turbine auch bei grossen Lastabwürfen noch vor Erreichen der Schnellschlussdrehzahl abgefangen werden kann, d. h. dass also auch beträchtliche Lastschwankungen von der Turbinenregelung beherrscht werden können und der Schnellschlussregler wirklich nur als Sicherheitsregler zu wirken braucht, nicht aber etwa auch bei betriebsbedingten Lastschwankungen anspricht und damit die Turbine stillsetzt.
Dieses Problem läuft im wesentlichen darauf hinaus, Massnahmen zu treffen, dass der Kolben des
Servomotors für die Regelventilverstellung im Falle eines Lastabwurfes sich möglichst unbehindert im
Sinne des Ventilschliessens bewegen kann, mit andern Worten, dass bei einem Lastabwurf der im Sinne des Ventilöffnens zu beaufschlagende Zylinderraum des genannten Servomotors möglichst rasch und möglichst widerstandslos vom Steueröl entleert werden kann, damit der Kolben des Servomotors unter der Wirkung seiner Schliessfeder oder unter der Wirkung des im Sinne des Ventilschliessens zuströmenden
Steueröles möglichst rasch seine den geänderten Belastungsverhältnissen entsprechende Lage einnehmen kann. Hiefür einen neuen Weg aufzuzeigen, ist das Ziel der gegenständlichen Erfindung.
Gegenstand der Erfindung ist eine hydraulisch arbeitende Schnellschliesseinrichtung für Dampf- oder
Gasturbinen, deren Regelventil servomotorisch mit Hilfe eines vom Regelöl beaufschlagten Zylinders gesteuert wird, wobei der im Sinn des Ventilöffnens mit Regelöl zu beaufschlagende Zylinderraum im Schnellschliessfall über ein Ablaufventil mit einem als Differentialkolben wirkenden Verschlusskörper ent- leerbar ist. Erfindungsgemäss wirkt auf die eine Seite des Differentialkolbens der in dem im Sinne des
Ventilöffnens zu beaufschlagenden Zylinderraum herrschende Öldruck und auf die andere Seite der Öl- druck der Steuerleitung für das Ventilöffnen. Es ist ferner dem im Sinne des Ventilöffnens zu beauf- schlagenden Zylinderraum eine Verstellblende vorgeschaltet.
An Hand der Zeichnungen soll die erfindungsgemässe Lösung näher erläutert werden. Fig. l zeigt die erfindungsgemässe Lösung für einen Servomotor mit einseitig vom Steueröl beaufschlagtem Kolben,
Fig. 2 für einen Servomotor mit beidseitig beaufschlagtem Kolben und die Fig. 3-5 zeigen die Anwendung des erfindungsgemässen Vorschlages bei Turbinen mit mehreren Ventilgruppen (Mehrgehäuseturbinen, Entnahmeturbinen).
In Fig. l ist mit 1 die in die Steuerbuchse 3 mündende Regelölleitung und mit 2 der im dargestellten Beispiel vom Drehzahlregler 4 und einer strichliert angedeuteten Rückführung 5 verstellte Steuerschieber bezeichnet. Wie dies vor allem bei einem einseitig beaufschlagten Servokolben üblich ist, besitzt der Steuerschieber 2 eine seiner Steuerkante 6 für ÖShen"zugeordnete Querschnittsdrossel , deren Zuströmquerschnitt für das Regelöl (fzu) so ausgelegt ist, dass bei maximalem Hub des Steuerschiebers 2 der Kolben 15 im Servozylinder 9 in einer bestimmten Zeit seinen vollen Hub durchführt. Die Steuerkante 7 für "Schliessen" ist ungedrosselt und gibt bei maximalem Hub des Steuerschiebers 2 einen Abströmquerschnitt für das Regelöl (fab) frei, der mindestens das Fünffache von fzu beträgt.
Die aus der Steuerbuchse 3 in den Servozylinder 9 führende Regelölleitung ist weiterhin mit 10 bezeichnet. In sie ist erfindungsgemäss unmittelbar vor ihrem Eintritt in den Servozylinder 9 eine Verstellblende 12 eingebaut, über die der Durchtrittsquerschnitt für das Regelöl (freier Blendenquerschnitt 13) einstellbar ist. Dem über die Leitung 10 mit Regelöl beaufschlagte Kolbenraum des Servozylinders 9 ist ein Ablaufventil 14 zugeordnet, dessen Verschlusskörper als Differentialkolben ausgebildet ist und dem aus später näher erläuterten Gründen ein Vorsteuerventil 11 vorgeschaltet ist, das über eine von der Regelölleitung 10 abzweigende Leitung 10 a mit Regelöl beaufschlagt ist.
In Fig. l ist weiterhin mit 16 die im Sinne des Ventilschliessens auf den Kolben 15 einwirkende Druckfeder angedeutet, mit 17 ein den Servozylinder und die Ventile 11 und 14 einschliessendes und das ablaufende Steueröl sammelndes Gehäuse, mit 18
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die Regelölrücklaufleitung, mit 19 das vom Servokolben 15 zum eigentlichen Regelventil 20 führende Gestänge und mit 21 die Ventilfeder.
Die Wirkungsweise der ernndungsgemässen Schnellschliesseinrichtung nach Fig. 1 ist wie folgt. Der freie Blendenquerschnitt 13 an der Verstellblende 12 wird auf das 1, 5- bis 2-fache von fzu des Steuerschiebers 2 eingestellt, so dass bei den normalerweise gegebenen Regelgeschwindigkeiten der Durchtrittsquerschnitt vollkommen ausreichend ist, d. h. eine ins Gewicht fallende Drosselwirkung nicht auftritt und daher im Servozylinder und in den Leitungen 10 und 10 a der gleiche Druck herrscht. Unter diesen Voraussetzungen schliesst wegen der ungleich grossen beaufschlagten Flächen beiderseits seines Verschlusskörpers das Ventil 14 im Verein mit seinem Vorsteuerventil 11 den vom Regelöl beaufschlagten Raum des Servozylinders 9 ab.
Erfolgt hingegen eine grössere Lastabschaltung bei einer Turbine im Inselbetrieb oder eine vollkommene Netztrennung bei einer Turbine im Parallelbetrieb mit einem starren Netz, so resultiert daraus ein rascher Drehzahlanstieg der Turbine mit grösserer Beschleunigung als bei normalen Belastungsschwankungen. Der Steuerschieber 2 gibt entsprechend rasch den Steuerölabfluss frei, so dass der Öldruck in den Leitungen 10 und 10 a rasch zusammenbricht. Im Servozylinder 9 hingegen bricht infolge der Drosselwirkung der Blende 12 der Öldruck nicht so rasch zusammen, sondern bleibt unter der Wirkung der Feder 16 aufrecht, bis auf Grund der unter diesen Umständen am Verschlusskörper des Ablaufventiles 14 resultierenden Druckdifferenz das Ablaufventil 14 öffnet.
Da, um eine rasche Entleerung des Servozylinders 9 zu ermöglichen, das Ablaufventil 14 einen grossen Ablaufquerschnitt freigeben und daher auch grossen Hub besitzen muss, bei seinem Öffnen daher über seinen Verschlusskörper ein relativ grosses Ölvolumen verdrängt werden muss, ist dem Ablaufventil14 das Vor- steuerventil 77 vorgeschaltet, im dargestellten Ausführungsbeispiel ein federbelastetes Kugelventil, über das ein Druckloswerden der Leitung 10 a für das zwischen ihm und dem Verschlusskörper des Ventiles 14 eingeschlossene Ölvolumen ein unmittelbar in das Gefäss 17 führender Abfluss freigegeben wird, so dass über die Steuerleitungen 10 a und 10 nur eine ganz geringe Ölmenge abgeführt zu werden braucht. Damit lassen sich auch bei grossen Servozylindern Schliesszeiten von maximal 0, 2 sec erreichen.
Fig. 2 erläutert die Anwendung des erfindungsgemässen Vorschlages für einen Servozylinder mit beidseitig vom Regelöl beaufschlagtem Kolben. Die Bedeutung der Positionen ist dieselbe wie in Fig. 1.
Ausser den in Fig. 1 verwendeten Positionen ist in Fig. 2 mit 22 die Steuerölleitung für das Ventilschliessen bezeichnet und mit 24 eine im oberen Teil des Servozylinders vorgesehene Rückschlagklappe, die öffnet, sobald im oberen Kolbenraum Unterdruck entsteht, durch den das angestrebte rasche Ventilschliessen behindert wird. Im übrigen ist die Wirkungsweise dieselbe wie im Falle der Fig. 1.
Der erfindungsgemässe Vorschlag lässt sich auch bei Turbinen mit zwei oder d1 : ei Ventilgruppen anwenden, etwa bei Ennahmeturbinen. Um im Falle eines schnellen Schliessens der ersten Ventilgruppe auch ein schnelles Schliessen der weiteren Ventilgruppen sicherzustellen, ist gemäss Fig. 3 in der vom Regler der zweiten Ventilgruppe zum Servozylinder führenden Regelölleitung 29, 30 ein hydraulischer Umschaltschieber 26, 27 vorgesehen, auf dessen Schieber 27 einerseits eine in ihrer Spannung über die Schraube 31 einstellbare Feder 28 einwirkt und der anderseits über die Leitung 25 mit dem Druck des Regelöles in der Steuerleitung 10 (bei einseitig beaufschlagtem Kolben) bzw. 23 (bei beidseitig beaufschlagtem Kolben) beaufschlagt ist und ab einem gewissen Druckabfall in der Leitung 10 (bzw.
23) die Regelölzufuhr zum Servozylinder der zweiten Ventilgruppe unterbricht bzw. mit dem Ölablauf verbindet. Über die Schraube 31 kann die Kraft der Feder 28 so eingestellt werden, dass erst bei einem bestimmen Druckabfall in der Leitung 25 der Umschaltschieber anspricht. Dadurch lässt sich erreichen, dass erst bei einer bestimmten Grösse der Lastabschaltung auch ein Schliessen der zweiten Ventilgruppe eintreten kann. Der Servozylinder 9 für die zweite Ventilgruppe besitzt die gleichen Einrichtungen (Verstellblende 12, Ablaufventil 14, Vorsteuerventil 11, eventuell eine Rückschlagklappe 24) wie der der ersten Ventilgruppe, so dass also auch für die zweite Ventilgruppe ein sehr rasches Schliessen gewährleistet ist.
Natürlich kann, wenn man auf die Einstellbarkeit des Ansprechens verzichtet, auch dem Umschaltschieber 26, 27 ein Vorsteuerventil 77 zugeordnet werden. Die Positionen der Fig. 3 entsprechen denen der Fig. 1 und 2, wobei die in Klammern gesetzten Positionen bzw. die strichliert dargestellten Regelölleitungen für den Fall gelten, dass beide Servokolben beidseitig beaufschlagt sind.
Diese Art der Schnellschliessregelung lässt sich in naheliegender Weise auch für eine Turbine mit einer dritten Ventilgruppe (Doppelentnahmeturbine) erweitern. Diese Möglichkeit ist in den Fig. 4 und 5 skizziert, in denen die gleichen Positionen verwendet sind wie in den vorhergehenden Figuren.
Hiezu braucht, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, lediglich der Umschaltschieber mit einem Doppelkolben 33 ausgeführt zu werden, so dass bei einem entsprechenden Druckabfall in der Steuerölleitung 10 bzw. 23 auch die zum dritten Servozylinder 9 führende Regelölleitung 30 unterbrochen wird. Liegen die Ventilgruppen räumlich relativ weit auseinander (etwa bei einer Mehrgehäuseturbine), so dass also die Steueröl-
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natürlich der Doppelumschaltschieber auch in zwei Einfachschieber aufgeteilt werden, die dann zweckmässig dem jeweils zugehörigen Servozylinder benachbart angeordnet werden. Diese Möglichkeit ist in Fig. 5 illustriert.
Wegen der in einem solchen Fall jedoch unter Umständen sehr lang werdenden Steuerölleitung von der Regeleinrichtung der ersten Ventilgruppe zu den Umschaltschiebern 26 für die weiteren Ventilgruppen empfiehlt es sich, diese Umschaltschieber mit einem Vorsteuerventil 77 auszuführen.