AT42138B - Einrichtung zum Regeln mehrstufiger Dampf- und Gasturbinen. - Google Patents

Description

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  Einrichtung zum Regeln mehrstufiger Dampf-und Gasturbinen. 



   Um eine gute Ausnutzung des Dampfes bei der Regelung mehrstufiger Dampfturbinen für kleinere Leistungen zu erzielen, ist mehrfach vorgeschlagen worden, den Querschnitt der Düsen der einzelnen Stufen zu verengen. Dieses Verfahren hat sich aber als praktisch   unausführbar   erwiesen, da die in den Düsen der einzelnen Stufen auftretenden   Drosselung-   verluste zu gross werden. 



   Man hat ferner vorgeschlagen, in allen oder einigen Druckstufen der Turbine eine gleiche Anzahl von Düsen abzuschliessen, und zwar um so mehr Düsen, je kleiner die Leistung wird. 



  Der Dampf arbeitet dann also sowohl bei voller wie bei kleiner Leistung mit annähernd demselben Expansionsgrade. Dieses Regelungsverfahren hat sich jedoch auch dann nicht bewährt, wenn man gleichzeitig für kleinere Leistungen den Querschnitt der Düsen verkleinert, den Dampf also drosselt. Vielmehr zeigt sich dann, dass die Nachteile beider Verfahren sich nicht nur summieren, sondern sogar erhöhen. Dies erklärt sich daraus, dass der Dampf bei kleinerer Leistung seine Eigenschaften, wie spez. Volumen, Wassergehalt in gewissem recht verwickelten   Verhältnis   zur Abnahme der Leistung ändert, so dass zur besseren Ausnutzung der Arbeitskraft, des Dampfes 
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 Regelungsvorrichtungen machen sich besonders dann bemerkbar, wenn, wie dies z.

   B. bei Dampfturbinen für Kriegsschiffe der Fall ist, hinter den regelbaren   Druckstufen noch weitere partit   oder voll beaufschlagte Stufen ohne Regelung angeordnet sind. Solche Turbinen arbeiten dann ähnlich wie Turbinen mit mehreren Druckstufen, von denen aber nur die erste Stufe   geregnt   werden kann. Der Dampfdruck fällt bei kleineren Leistungen in den nicht geregelten   Drut k-   stufen mehr und mehr unter den Enddruck, den die geregelte Druckstufe   bei voller Leistung   haben müsste, und ein Teil der Arbeitskraft des Dampfes wird daher nicht ausgenutzt.

   Der Arbeitverlust wird um so grösser, je kleiner die verlangte Leistung ist, denn der aus der letzten   geregehl'll   Druckstufe austretende Dampf muss bei niedrigerem Drucke ein um so grösseres Volumen annehmen, je kleiner die Leistung ist, um die   nächsten   Druckstufen mit nicht zu regelnden   Düsen   
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 auf 0,1 Atm. und tiefer ausgenutzt werden soll, so kann der Dampf bei geringer Leistung z. B. 60, 40, 20 Prozent des Höchstverbrauchs nicht mehr wie bei   Votleistung mit l Atm.   in   d) c   achte Druckstufe eintreten, sondern mit um so kleinerem Druck, je kleiner der   Dampfverbrau I)     ist. Das entsprechende Druckgefälle geht daher in den ungeregelten Stufen zum grossen Teile verloren.   



   Die zur   Vermeidung   aller dieser Nachteile dienende neue Regelungsvorrichtung für meld-   stufige Aktionsturbinen   ist nun dadurch gekennzeichnet, dass unter Vermeidung von die Leistung   beeinträchtigenden Drosselungen   des Dampfes in den einzelnen Düsen für grössere Leistungen. entsprechend dem kleineren Dampf- und Wärmegefälle in den regelbaren Druckstufen von der ersten bis zur letzten Stufe ein immer kleinerer Anteil der   Gesamtleitwege   oder Düsen dun h vorzugsweise   gemeinschaftliche Schieber geöffnet wird,   so dass also umgekehrt die Anzahl der offenen Düsen oder Leitkanäle entsprechend dem grösseren Spannungsabfall des Dampfes von   der ersten bis   zur letzten regelbaren Druckstufe mehr und mehr zunimmt, je kleiner die Leistung ist.

   Im Gegensatz zu einer bekannten oben erwähnten   Regelungsvorrichtung   bei der die Anzahl der geöffneten Düsen in den   aufeinanderfolgenden Stufen gleich gross   ist und die Anzahl   d''r   
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   Veränderung des Querschnitts   der Düsen richtet und mit abnehmender Leistung abnimmt, wächst also bei der neuen   Regelungsvorrichtunt,   für abnehmende Leistungen die Anzahl der   geöffneten Düsen in   den aufeinanderfolgenden Druckstufen dem Wärmegefälle entsprechend. 



   Die neue Regelungsvorrichtung gestattet demnach, auch für die kleinsten Leistungen das zur Verfügung stehende   Drucb : dälle vollkommen auszunutzen, was   mit den bekannten Einrichtungen auch nicht entfernt zu erreichen ist. Auf der zur weiteren Erläuterung der 
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 bewegt werden. Im letzteren Falle gestaltet sich die Einrichtung besonders einfach für die Handhabung. Die Anzahl der geöffneten Düsen oder Leitwände in der Druckstufe I bis VIII ergibt sich dann beispielsweise aus folgender Aufstellung. 
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<tb> 
<tb> 



  Druckstufen <SEP> I <SEP> n <SEP> in <SEP> IV <SEP> V <SEP> VI <SEP> vn <SEP> VIII
<tb> Dampfverbrauch <SEP> 100 <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> 26 <SEP> 27 <SEP> 29 <SEP> 34 <SEP> 43 <SEP> 60
<tb> " <SEP> 60 <SEP> 15 <SEP> 20 <SEP> 21 <SEP> 22 <SEP> 24 <SEP> 29 <SEP> 38 <SEP> 60
<tb> 40 <SEP> 10 <SEP> 15 <SEP> 16 <SEP> 17 <SEP> 19 <SEP> 24 <SEP> 33 <SEP> 60
<tb> 20 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 9 <SEP> 14 <SEP> 23 <SEP> 60
<tb> 
 Die Stufe VIII braucht nicht voll beaufschlagt zu sein. 



  Während somit für den kleinsten Dampfverbrauch in der ersten Stufe der fünfte Teil der 
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 Die Zahl der   geÖffneten Düsen   wächst, wie die Tabelle zeigt, in den folgenden Stufen um so mehr, je kleiner die Leistung wird. 



   Bei der bekannten   Regelungsvorrichtung   soll im Gegensatz hierzu bei abnehmender Leistung die Anzahl der   geöffneten   Düsen in den aufeinanderfolgenden Druckstufen gleich bleiben, oder sogar abnehmen. Der Dampf kann daher nicht den   Wärme-und Druckgefällen entsprechend   sich ausdehnen, und daher sind Arbeitsverluste unvermeidlich.

   Demgegenüber ermöglicht die neue Regelungsvorrichtung auch für kleine Leistungen das ganze wechselnde Druck-und Wärmegefälle unter Berücksichtigung der Expansion und der Dampfgeschwindigkeiten vollkommen auszunutzen ; denn für dieselbe Stufenzahl expandiert der Dampf stärker und wirksamer, je kleiner die Leistung ist, und es wird daher für dieselbe Stufenzahl unter bester Ausnutzung des vollen Dampfund Wärmegefälles grössere Dampfgeschwindigkeit und Arbeitskraft des Dampfstrahls erreicht. 



   Keineswegs braucht der Eintrittsdruck des Dampfes für verschiedene Leistungen der gleiche zu sein. vielmehr kann der Anfangsdruck höher oder niedriger sein, je nachdem man in der ersten Druckstufe die Düsen nach Zahl oder Gesamtquerschnitt regelt. Diese Regelung kann auch durch Ventile erfolgen. Man kann ferner die Einrichtung auch so wählen, dass ier Dampf in den einzelnen Druckstufen je nach Wahl der Querschnitte der Düsen für verschiedene Leistungen zum Teil unter Ausnutzung seiner Geschwindigkeit, also unter Gleichdruck, zum Teil auch unter Aus-   nutzung   seiner Expansion, also unter Überdruck auf die Laufräder der Turbine wirkt. 



   Die Laufräder können in bekannter Weise nur einen oder mehrere   Schaufelkränze   erhalten. 



  Auch kann man die erste oder mehrere der ersten Druckstufen als ein- und ausschaltbare Vorturbinen benutzen. In allen Fällen können die Vorturbinen, die regelbaren Teile der Turbine und die nicht regelbaren Stufen in demselben Gehäuse oder in getrennten Gehäusen. auf der gleichen Welle oder auf verschiedene Wellen angeordnet sein. 



   Bei Anwendung dieser Regelungseinrichtung wird Arbeitsverlusten auch dann vorgebeugt. wenn die Turbine nur Laufräder mit regelbaren Druckstufen besitzt, also ins Freie oder in einen   Kondensator   auspufft. im Auspuffrohr aber ein veränderlicher Druck beispielsweise bei ver- änderlichem Vakuum sich einstellt. Unter   Umständen   kann der Druck im Auspufirohr bei   ktemeren Leistungen erheblich   kleiner sein als bei grösserem Dampfverbrauch ; das bei kleineren
Leistungen höhere Druckgefälle kann also zu   Gunsten   der Kohlenersparnis ausgenutzt werden.
Somit ermöglicht die neue Regelungseinrichtung auch für kleinere Leistungen eine wirtschaftliche   Betriebsweise.

   Dies Ist von   umso grösserem Wert, als das Arbeiten mit kleinen Leistungen in   anderer Heziehung   bisher mit   verhältnismässig grösseren Verlusten   verbunden ist, weshalb eine
Verbesserung des Ergebnisses erstrebenswert ist. Diese Verbesserung macht sich dann in einem beträchtlichen Gewinn im Dampf- und Kohlenverbrauch bemerkbar, der besonders von grösserem
Wert für die Marschfahrten der   Kriegsschife   ist und 20 bis   40 /o   betragen kann. 



   Die Einrichtung ist nicht nur für Dampfturbinen, sondern auch für Gasturbinen verwendbar.

Claims (1)

1. PATENT-ANSPRUCH : Einrichtung zum Regeln mehrstufiger Dampf-und Gasturbinen, aus denen das Treib- mittel für grössere Arbeit mit höherem Gegendrucke und für kleinere Arbeit mit niedrigerem Gegendrucks in andere nicht geregelte Turbinen oder in den Kondensator oder ins Freie tritt, dadurch gekennzeichnet, dass für grössere Leistungen entsprechend dem kleineren Dampf-und Wärmegefälle in den regelbaren Druckstufen von der ersten bis zur letzten Stufe ein immer kleinerer Anteil der Gesamtleitwege (Dü en) durch vorzugsweise gemeinschaftlich bewegte Schieber geöfinet wird. so dass die Anzahl der offenen Leitkanäle oder Düsen entsprechend dem grösseren Spannungsabfall des Dampfes von der ersten bis zur letzten regelbaren Druckstufe mehr und mehr zunimmt, je kleiner die Leistung ist.

   Einrichtung zum Regeln mehrstufiger Dampf-und Gasturbinen.

   Um eine gute Ausnutzung des Dampfes bei der Regelung mehrstufiger Dampfturbinen für kleinere Leistungen zu erzielen, ist mehrfach vorgeschlagen worden, den Querschnitt der # Düsen der einzelnen Stufen zu verengen. Dieses Verfahren hat sich aber als praktisch EMI3.1 verluste zu gross werden.

   Man hat ferner vorgeschlagen, in allen oder einigen Druckstufen der Turbine eine gleiche # Anzahl von Düsen abzuschliessen, und zwar um so mehr Düsen, je kleiner die Leistung wird.

   Der Dampf arbeitet dann also sowohl bei voller wie bei kleiner Leistung mit annähernd demselbem Expansionsgrade. Dieses Regelungsverfahren hat sich jedoch auch dann nicht bewährt, wenn EMI3.2 summieren, sondern sogar erhöhen. Dies erklärt sich daraus, dass der Dampf bei kleinerer Leistung seme Eigenschaften, wie spez. Volumen, Wassergehalt in gewissem recht verwickelten Verhältnis 1 zur Abnahme der Leistung ändert, so dass zur besseren Ausnutzung der Arbeitskraft des Dampfes in den Niederdruckstufen ein anderer Querschnitt der Düsen erforderlich ist, als der bei Regelung ; der Druckstufen im gleichen Verhältnis zur Arbeit bezw. zum Dampfverbrauch bisher angenommene und mit den bekannten Regelungseinrichtungen erzielbare Querschnitt.

   Die Übelstände dieser Regelungsvorrichtungen machen sich besonders dann bemerkbar, wenn, wie dies z. B. bei Dampfturbinen für Kriegsschiffe der Fall ist, hinter den regelbaren Druckstufen noch weitere partU oder voll beaufschlagte Stufen ohne Regelung angeordnet sind. Solche Turbinen arbeiten dann ähnlich wie Turbinen mit mehreren Druckstufen, von denen aber nur die erste Stufe gerollt werden kann.

   Der Dampfdruck fällt bei kleineren Leistungen in den nicht geregelten Drut k- stufen mehr und mehr unter den Enddruck, den die geregelte Druckstufe bei voller Leistung haben müsste, und ein Teil der Arbeitskraft des Dampfes wird daher nicht ausgenutzt. Der Arbeit s- verlust wird um so grosser, je kleiner die verlangte Leistung ist, denn der aus der letzten gereglten Druckstufe austretende Dampf muss bei niedrigerem Drucke ein um so grösseres Volumen annehmen, je kleiner die Leistung ist, um die nächsten Druckstufen mit nicht zu regelnden Düsen auszufüllen. Nimmt man z.

   B. an, dass bei der Höchstleistung der Dampf in 7 Druckstufen innerhalb eines Druckgefälles von 15 Atm. auf 1 Atm. arbeitet, und dass hinter diesen stufen noch weitere Stufen vorgesehen sind, in denen der Dampf im Gefälle von 1 Atm. bis herab EMI3.3 z. H. 60, 40, 20 Prozent des Höchstverbrauchs nicht mehr wie bei Volleistung mit 1 Atm. in die m-hte Druckstufe eintreten, sondern mit um so kleinerem Druck, je kleiner der Dampfverbraurh ist. Das entsprechende Druckgefälle geht daher in den ungeregelten Stufen zum grossen Teile verlor.'n.

   Die zur Vermeidung aller dieser Nachteile dienende neue Regelungsvorrichtung für mcht- stufige Aktionsturbinen ist nun dadurch gekennzeichnet, dass unter Vermeidung von die Leistung beeinträchtigenden Drosselungen des Dampfes in den einzelnen Düsen für grössere Leistungen.

   entsprechend dem kleineren Dampf- und Wärmegefälle in den regelbaren Druckstufen von der ersten bis zur letzten Stufe ein immer kleinerer Anteil der Gesamtleitwege oder Düsen dun h vorzugsweise gemeinschaftliche Schieber geöffnet wird, so dass also umgekehrt die Anzahl der offenen Düsen oder Leitkanäle entsprechend dem grösseren Spannungsabfall des Dampfes von der ersten bis zur letzten regelbaren Druckstufe mehr und mehr zunimmt, je kleiner die Leistung ist.

   1m Gegensatz zu einer bekannten oben erwähnten Regelungsvorrichtung bei der die Anzahl der geöffneten Düsen in den aufeinanderfolgenden Stufen gleich gross ist und die Anzahl der Düsen sich nur nach der grösseren oder geringeren Leistung gegebenenfalls noch unter gleichzeitig Veränderung des Querschnitts der Düsen richtet und mit abnehmender Leistung abnimmt, wächst also bei der neuen Regelungsvorrichtung für abnehmende Leistungen die Anzahl der geöffneten Düsen in den aufeinanderfolgenden Druckstufen dem Wärmegefälle entsprechend.

   Die neue Regelungsvorricbtung gestattet demnach, auch für die kleinsten Leistungen das zur Verfügung stehende Druckgefälle vollkommen auszunutzen, was mit den bekannten Einrichtungen auch nicht entfernt zu erreichen ist. Auf der zur weiteren Erläuterung der Wirkungsweise der neuen Regelungsvorrichtung dienenden Zeichnung stellt Fig. 1 schematic eine Äbwickehmg der Leit- und Laufkränze einer achtstufigen regelbaren Aktionsdampfturbine EMI3.4