Verfahren zum Vorwärmen und Heisshalten von abgestellten oder mechanisch langsam in Drehung unterhaltenen Dampfturbinen, um solche Turbinen unvermittelt bis Vollast beliebig belasten zu können. Die Erfindung betrifft das Vorwärmen und Heisshalten von Dampfturbinen. Der Hauptzweck besteht darin, Mittel zu sehaf. fen, umderartige Maschinen unter Vermei dung unzulässiger Wärmespannungen unver mittelt aus dem Zustand der Ruhe oder der langsamen Drehung rascher ,als dies bisher angängig war, in Betrieb setzen zu können.
Ein weiterer Zweck ist, solche Turbinen unter Aufwand einer besonders kleinen Wärmemenge in vollastbetriebsbereitem Zu tande zu erhalten.
Bekanntlich beträgt die Zeit, die erforder lich ist, um Dampfturbinen, namentlich grosse, eingehäusige Einheiten oder solche, die vermöge der Verwendung hoher Drücke dicke Flanschen und Wandungen erhalten, aus dem kalten, oder aus einem teilweise ab gekühlten Zustande in Betrieb zu nehmen und zu belasten, je nach ihrer Grösse 15 Minuten bis mehrere Stunden, <B>Es</B> können sich uuvorhergeseheneUmstände,
wie -zum Beispiel das @Schadhaftwerd'en einer belasteten Ein heit in einem Kraftwerk oder eine über raschende Steigerung der Gesamtbelastung, einstellen, durch die es notwendig wird, eine abgestellte Turbine unvermittelt in Betrieb zu nehmen, um ohne Zeitverlust,die fehlende Leistung zu ersetzen.
Diese Leistung ist aber erst nach Ablauf oben erwähnter Vorwärme zeiten erhältlich, soll die Turbine vor schäd lichen W,rmesp.annungen und Verziehungen bewahrt bleiben.
Dieser Zeitaufwand für die Leistungser- zeugung kann durch das bekannte Vorwär men vermittelst durchströmenden Dampfes etwas gekürzt werden. Aber abgesehen von der erheblichen Menge Dampf, die benötigt wird, werden je nach dem Druck des vorwär- mend'en Dampfes im Turbineninnern nur Temperaturen von 100 C und darunter er reicht, Es ist nicht möglich, mit solchen Mit- teln die oben angegebenen Zeiten wesentlich zu kürzen und Dampfturbinen durch sofor tiges Inbetriebsetzen und Belasten als Mo mentan-Reserven zu gebrauchen.
Bekanntlich sind bereits gewöhnliche Hoch:druckdampfmäiitel vorgeschlagen wor den, um :diese Nachteile zu mildern. Sie haben aber keinen Eingang in die Praxis ge funden; denn einerseits veranlassen sie durch die axial zunehmenden Temperaturunter schiede zwischen ihrem Inhalt -und dem der Temperatur nach gegen den Abdampfteil zu abnehmenden Arbeitsdampf in ihren Doppel wänden Wärmespannungen, die sie gerade vermeiden sollen, anderseits vermindern sie .die Wirtschaftlichkeit durch ihr Gewicht und ihre Kostspieligkeit.
Auch durch solche Mittel lässt sich die Turbine als Momentan- Reserve nicht ausbilden.
Ferner ist noch hervorzuheben, dass das Verfahren gemäss der Erfindung nichts mit dem bekannten Verfahren zum Trocknen stillgesetzter Turbinen und ihrer Kondensa toren durch die warme Abluft von elektri schen Stromerzeugern zu tun hat. Ersteres bildet eine Vorbereitung für den Betrieb, letzteres dagegen eine Vorbereitung für den Ruhezustand. Dementsprechend bewegen sieh auch die Verfahren in weit auseinander liegenden Temperaturbereichen.
Die Erfindung besteht in einem Verfah ren, welches ermöglicht, abgestellte oder me chanisch langsam in Drehung unterhaltene Dampfturbinen unvermittelt bis Vollast be liebig belasten zu können. Zu diesem Zweck wird gemäss dem Verfahren während der Dauer der Abstellung oder der mechanisch bewirkten Drehung die Turbine oder minde stens ihr Hochdrueliabschnitt vermittelst Zu fuhr von Hilfswärme von innen durch einen Wärmeträger so hoch erwärmt, dass die wäh rend des Betriebes beströmten Innenflächen auf Temperaturen unterhalten werden,
die angenähert gleich oder höher sind als die Sättigungstemperatur des unvermittelt zuge lassenen Arbeitsdampfes, wodurch durch Unterdrücken der Kondensation des Dampfes i n den Metallwänden ein Wärmefluss in die Metallmassen in schädlichem Ausmasse unter bunden wird.
Anhand der Abbildungen, -die Anwen dungen der Erfindung beispielsweise veran schaulichen, sei letztere näher erläutert.
Fing. 1 ist ein ,Schnitt durch einen Ge- hä.usefla.nsch Fig. 2 zeigt -den Längsschnitt durch eine Turbine; Fig. 3 zeigt eine Anlage mit einer mit- telst Kesselrauchgasen geheizten Turbine; Fig. 4 zeigt eine mehrgehäusige Turbine, deren Abschnitte von dem Wärmeträger nacheinander durchströmt werden;
Fig. 5 zeigt eine mehrgehä.usige Turbine mit zu den einzelnen Abschnitten einstell barer Wärmemen.genzufuhr; Fig. ss zeigt einen Längsschnitt durch eine Turbine, die von dem Wärmeträger so wohl von innen, wie von aussen geheizt wird.
In Fig. 1 ist 1-2 der Wärmegradient, der in einem ifochdruckzylinderflansch bei zu rascher Wärmezufuhr entsteht. Seine Steilheit, welche entsprechend starke Span nungen indem Baustoff hervorruft, ist durch die hohe Wärmeübergangszahl verursacht, die sich bei Kondensation des Dampfes an den Wandungen einstellt. Nach Erreichen des Wärmebeharrungszustandes nimmt der Gradient 1-2 einen Verlauf gemäss Linie 3--J4.
Hier setzt vorliegende, die Nachteile des steilen Temperaturabfalles in den Wan dungen beseitigende Erfindung ein, nach der die für das Vorwärmen und Heisshalten der Turbine benötigte Wärme gemäss Patentan spruch :durch einen erwärmten Wärmeträger zugeführt wird. Dieser ist jedoch so hoch er hitzt, dass die Turbine .auf Temperaturen unterhalten wird, die angenähert gleich oder höher sind als die Sättigungstemperatur des . unvermittelt zugelassenen Arbeits dampfes.
Das neue Verfahren ermöglicht, die Tur bine als Momentan-Reserve zu verwenden. da heisst sie kann unverzüglich angelasssen und unter eine beliebige Belastung von Voll- last abwärts genommen werden. In Fig. \?, die eine Anwendung des Ver fahrens .auf eine eingehäusige Turbine dar stellt, ist 5 das Gehäuse und 6 der Läufer.
Das Gehäuse ist mit einem besonderen Ring kanal 7 versehen oder besitzt einen solchen bereits für Anzapfungen, aus -dem der Wärmeträger, vorzugsweise Luft, von einem Ventilator 8 durch die Saugleitung 9 a#bge- s11augt wird, um über die Wärmequelle<B>10,</B> und durch die Druckleitung 11 der Vorderkammer 12 der Turbine wieder zugeführt zu werden.
Die Wärmequelle 10 kann ein mit Hoch- druckdampf :betriebener Wärmeaustauscher ";#in, mit Dampfanschlüssen 13 und 14. 'Als ZVärmequellen kommen ferner zum Beispiel ()lfeucrungen oder Kesselrauchgajse in Be tracht.
Eine besonders zweckmässige Wärme quelle ist eine von elektrischen Heizwider- ständen gebildete. Es ist zu empfehlen, die Steuerung und Zudampfteile der Turbine, so weit sie nicht unter Druck stehen, zum Bei spiel das (Steuerventil 15, .das während der ?leizperiode offen zu halten ist, mitzuheizen. Unmittelbar vor der Inbetriebsetzung der Turbine wird das Reizsystem durch iSchlie- ssen der Ventile 16, 17 abgeschaltet.
Währenddes Vorwärmens oder des @Heiss- h:aItens der Turbine ist ihre Welle langsam, am zweckmässigsten vermittelst einer Schalt- vorrichtung, zu drehen.
Bei Verwendung von Rauchbasen der Kesselanlage 20, Fig. 3, als Wärmequelle, kann, um die Strömung durch. das Gehäuse innere zu bewirken, @an iStelle eines Lüfters 21 der Druckunterschied zwischen -der Rauchga.sentnahmestelle 2,2 und der Wieder zuführungsstelle 23 ausgenutzt werden.
Fig. 4 veranschaulicht eine Anwendung des Verfahrens auf eine heigehäusige Tur bine, deren Hochdruck und Mittel.druckaab- abschnitte 2.5, 2'6 nacheinander von dem vom Lüfter<B>27</B> über die lfeizquelle 2<B>8</B> in, d,auern- d:
em Kreislauf oehaltenen Heizmittel be- strichen werden ohne Einbeziehung -des Niederdruckabschnittes 29 Letzterer kann aber über die Zwischendampfleitung 30 in offener, stromloser Verbintd'ung mit dem Mitteldruckabschnitt bleiben Qd'er -mittelst einer Abschliessvorrichtung 31 abgetrennt werden.
In letzterem Falle kann der Niederdruckabschnitt unter Vakuum ge halten werden, wodurch die Betriebsbereit schaft erhöht wird. Unmittelbar vor Inbetriebssetzung der Turbine oder vor Offnen des Zud.,amp.fabschliess@organes .32 ist durch ,Schliessen der tS'chieber 33, 34 das Heizsystem abzuschalten. Durch Regelung der Heizquelle<B>28,</B> Einstellung !der Schieber 31,
33,sowie,clerD@rehzahl des Lüfters 27 kann jede verlangte Heizwirkung erreicht werden. Durch Parallel-,oder Reihenschaltung, sowie Zu- und Abschalten von elektrischen Heiz- elementen .3'5, 36, 3!7 kann den grossen Ab weichungen zwischen dem Wärmebedarf zum Vorwärmen und dem zum H eissh:aIten Rechnung getragen werden.
Bei mehrgehäusigen Turbinen kann dem verschiedenen Wärmebedarf der einzelnen G ehäuse dadurch gesondert entsprochen wer den, & ss der über ,die Wärmequelle 40;
(Fig. 5) durch den Lüfter 41 im Kreislauf unter haltene Wärmeträger zunächst den Hoch- drucka#bschnitt 42 durchströmt, um darauf durch Verzweigung der Rohrleitungen 43 bis 48 nebst Einstellung ihrer Drosselorgane 49, 50, 51 so geteilt zu werden, @dass die erforder liche Wärmeverteilung erreicht wird, und zwar -dadurch, dass ein dem Wärmebedarf entsprechender Teil den Mitteldruck- und NiederdruckAschnittgesondert :
durchströmt, der Rjest aber die Wärmequelle unmittelbar erreicht.
Bei mehrgehäusigen Turbinen werden die zugeführten Wärmemengen so bemessen, dass der erzeugte Wärmezustand, mindestens des Ilochdruckabschnittes,gleich bezw. an nähernd gleich -dem ist, den er nach ,der Be triebsübergabe besitzt.
Ein weiterer Auggbau -des Verfahrens be steht darin, @dass neben dem innern Beheizen .der Turbine, .dem ,Gehäuse nobst seinen Flan- schen und .Flanschenrbolzen oder dergleichen Wärme von .aussen zugeführt wird.
:Diese Wärme -kann von einer unabhän gigen Quelle den äussern Flächen der ,Ge- häusewandungen zugeführt werden, oder, wie in Fig. 6 dargestellt, kann die dem Turbinen gehäuse :59 von aussen zugeführte Wärme durch den das Turbineninnere 52-52 heizen den Wärmeträger vermittelt werden.
Zu die sem Zwecke bestreicht der ,durch den Lüfter 53 über die Wärmequelle 54 im Kreislauf unterhaltene Wärmeträger zunächst die Innenräume 52 der Turbine, um darauf, durch das Rohr 55 und ein Drosselorgan oder eine Abschliessvorrichtung 56 zugeführt, den ,das Gehäuse umgebenden, ;gut isolierten Ver schalungsraum 57 zu,durchströmen oder um- gekehrt. Durch Abschliessorgane 66, 58 wird das Heizsystem von Inbetriebssetzung der Turbine abgeschaltet.
Ein beachtenswerter Vorteil des Verfahrens; neben innerem Be heizen :dem Gehäuse Wärme von aussen zuzu führen, besteht namentlich, wenn der Kreis lauf des Wärmeträgers so geführt wird, dass er nach Verlassen der Wärmequelle zuerst den Verschalungsraum 57 bestreicht, darin, dass die radialen Laufspiele grösser werden, oder denen des Betriebsbeharrungszustaudes gleich bleiben.
Die Menge der für das Vorwärmen oder Heisshalten benötigten Wärme kann von band geregelt werden, wobei die verschiede nen Temperaturen von Thermometern .abge lesen werden können. Die Regelung kann aber auch unter Zuhilfenahme von Thermostaten eine selbsttätige sein..
Eine solche Regelung ist in Fig. 6 angegeben; die Einrichtung be steht in einem in,die Wandung des Turbinen- gehäuses 59 eingebauten Thermostaten 60, ,dessen Ausdehnungshub 61 über den Doppel hebel 62 und das Relais 63 eines Regelungs- organes 64 die Wärmequelle 54 beherrscht.
Im vorliegenden Falle besteht die Heiz quelle 54 aus elektrischen Heizelementen, die in bekannter Weise durch einen Kontroller 165<B>z</B>u-, ab-, parallel- oder hintereinander ge schaltet werden können. Werden Dampf- oder Rauchgase,als Wärmequellen verwendet, so kann die Regelung ebenso einfach durch geeignete, vom Relais beherrschte Kraft- organebewerkstelligt werden.
Bei Läufern, die ITohlkörper bilden, empfiehlt es sich, dem Wärmeträger durch zweckmässige Verbindungen 6,6 mit dem Hohlraum 67 (Fig. 6) Zugang zu diesem zu verschaffen.
Es empfiehlt sich, das Verfahren un mittelbar nach Albstellen der Turbine einzu leiten, damit sie unter Aufwand -der gering sten Wärmemenge in .den erfindungsgemässen Beharrungszustand der Ruhe übergeführt wird.
Bei eingehäusigen Turbinen kann die Heizwirkung auf das Hochdruckende be schränkt werden.
Die Erfindung erstreckt sieh auch auf Turbinen, die ein Gas-Dampfgemisch verar beiten.
Process for preheating and keeping hot steam turbines that are shut down or mechanically kept rotating slowly, in order to be able to load such turbines suddenly to full load. The invention relates to the preheating and holding of steam turbines. The main purpose is to have funds. fen, in order to be able to put such machines into operation more quickly than was previously possible while avoiding impermissible thermal stresses from the state of rest or slow rotation.
Another purpose is to keep such turbines ready for full load operation at the expense of a particularly small amount of heat.
It is known that the time required to take steam turbines, namely large, single-casing units or those that receive thick flanges and walls due to the use of high pressures, from the cold or from a partially cooled state into operation is known load, depending on their size, from 15 minutes to several hours, <B> There </B>, unforeseen circumstances
such as, for example, the @ becoming damaged of a loaded unit in a power plant or a surprising increase in the total load, which makes it necessary to suddenly start up a shutdown turbine in order to replace the missing power without wasting time .
However, this output is only available after the above-mentioned preheating times have elapsed, if the turbine is to be protected from harmful heat, thermal tension and distortion.
This time required for power generation can be shortened somewhat by the known preheating by means of steam flowing through. But apart from the considerable amount of steam that is required, depending on the pressure of the preheating steam inside the turbine, only temperatures of 100 ° C. and below are reached. It is not possible to use such means to achieve the times given above to shorten significantly and to use steam turbines as momentary reserves through immediate commissioning and loading.
As is known, common high-pressure steam devices have already been proposed in order to alleviate these disadvantages. But they have not found their way into practice; because on the one hand they cause thermal stresses in their double walls due to the axially increasing temperature differences between their content and the working steam in their double walls, which decreases in temperature towards the evaporation part, on the other hand they reduce the economic efficiency due to their weight and their cost.
The turbine cannot be designed as an instantaneous reserve by such means either.
It should also be emphasized that the method according to the invention has nothing to do with the known method for drying shutdown turbines and their capacitors through the warm exhaust air from electrical power generators. The former forms a preparation for operation, the latter, on the other hand, a preparation for the idle state. Accordingly, the processes also move in widely differing temperature ranges.
The invention consists in a procedural ren which enables shutdown or mechanically slow rotating steam turbines to be suddenly loaded to full load. For this purpose, according to the method, during the duration of the shutdown or the mechanically effected rotation, the turbine or at least its high-pressure section is heated to such an extent by means of supply of auxiliary heat from the inside by a heat transfer medium that the inner surfaces flowing through during operation are maintained at temperatures ,
which are approximately equal to or higher than the saturation temperature of the working steam that is suddenly admitted, whereby a harmful amount of heat flow into the metal masses is prevented by suppressing the condensation of the steam in the metal walls.
The latter is explained in more detail using the figures, -the applications of the invention illustrate, for example.
Fing. 1 is a section through a housing. FIG. 2 shows the longitudinal section through a turbine; 3 shows a system with a turbine heated by means of boiler flue gases; 4 shows a multi-casing turbine, the sections of which are successively flowed through by the heat transfer medium;
5 shows a turbine with multiple housings with an adjustable amount of heat for the individual sections; Fig. 5s shows a longitudinal section through a turbine, which is heated by the heat carrier from the inside as well as from the outside.
In Fig. 1, 1-2 is the thermal gradient that arises in a high pressure cylinder flange when the heat is supplied too quickly. Its steepness, which causes correspondingly strong stresses in the building material, is caused by the high heat transfer coefficient that occurs when the steam condenses on the walls. After reaching the thermal steady state, the gradient 1-2 takes a course according to line 3 - J4.
This is where the present invention, which eliminates the disadvantages of the steep temperature drop in the walls, begins, according to which the heat required for preheating and keeping the turbine hot is supplied by a heated heat transfer medium. However, this is so heated that the turbine is maintained at temperatures that are approximately equal to or higher than the saturation temperature of the. abruptly permitted working steam.
The new process enables the turbine to be used as an instantaneous reserve. that means it can be started immediately and taken down from full load under any load. In Fig. \ ?, which represents an application of the method .to a single-casing turbine, 5 is the casing and 6 is the rotor.
The housing is provided with a special ring channel 7 or already has one for taps, from which the heat transfer medium, preferably air, is sucked in by a fan 8 through the suction line 9 in order to pass through the heat source 10 , </B> and to be fed back through the pressure line 11 to the front chamber 12 of the turbine.
The heat source 10 can be a heat exchanger operated with high pressure steam, with steam connections 13 and 14. Other possible heat sources are, for example, () firing systems or boiler smoke gases.
A particularly useful heat source is one formed by electrical heating resistors. It is recommended that the control and steam parts of the turbine, as long as they are not under pressure, for example (control valve 15, which is to be kept open during the heating period), to heat. Immediately before the turbine is started, the stimulus system switched off by closing the valves 16, 17.
While the turbine is being preheated or heated, its shaft should be turned slowly, most appropriately by means of a switching device.
When using smoke bases of the boiler system 20, FIG. 3, as a heat source, the flow through. To effect the inside of the housing, the pressure difference between the smoke gas removal point 2.2 and the re-supply point 23 can be used in place of a fan 21.
FIG. 4 illustrates an application of the method to a housing with a housing, the high pressure and medium pressure sections 2.5, 2'6 of which are successively separated from that by the fan 27 via the heat source 2 8 / B> in, d, except- d:
A circuit with no heating means can be coated without including the low-pressure section 29. The latter can, however, remain in an open, currentless connection with the medium-pressure section via the intermediate steam line 30 and can be disconnected by means of a locking device 31.
In the latter case, the low-pressure section can be kept under vacuum, whereby the operational readiness is increased. Immediately before starting up the turbine or before opening the inlet, amp.fabschluss @ organes .32, the heating system must be switched off by closing the slide valve 33, 34. By regulating the heating source <B> 28, </B> setting! The slide 31,
33, as well as the speed of the fan 27, any required heating effect can be achieved. By connecting in parallel or in series, as well as connecting and disconnecting electrical heating elements .3'5, 36, 3! 7, the large deviations between the heat requirement for preheating and that for heating can be taken into account.
In the case of multi-housing turbines, the different heat requirements of the individual housings can thereby be met separately, & ss the above, the heat source 40;
(Fig. 5) by the fan 41 in the circuit under held heat transfer medium first flows through the high pressure section 42 to then be divided by branching the pipelines 43 to 48 and setting their throttling elements 49, 50, 51 so that the The necessary heat distribution is achieved by the fact that a part corresponding to the heat requirement is divided into the medium-pressure and low-pressure sections:
flows through, but the Rjest reaches the heat source directly.
In the case of multi-casing turbines, the quantities of heat supplied are dimensioned so that the heat state generated, at least of the Ilochdruckabschnittes, is equal or is almost the same as the one he will own after the handover.
Another aspect of the process is that in addition to the internal heating of the turbine, the housing, heat is supplied from the outside to its flanges and flange bolts or the like.
: This heat can be supplied from an independent source to the outer surfaces of the housing walls, or, as shown in FIG. 6, the heat supplied to the turbine housing: 59 from the outside can be used to heat the turbine interior 52-52 Heat carriers are mediated.
For this purpose, the heat transfer medium maintained in the circuit by the fan 53 via the heat source 54 first brushes the interior spaces 52 of the turbine in order to then, fed through the pipe 55 and a throttle element or a locking device 56, the surrounding housing,; good insulated shuttering space 57 to, flow through or vice versa. The heating system is switched off by closing devices 66, 58 when the turbine is started.
A notable advantage of the procedure; In addition to internal heating: heat from the outside to be supplied to the housing, if the circuit of the heat transfer medium is guided in such a way that it first brushes the casing space 57 after leaving the heat source, the radial running clearances become greater, or those of the Operational persistence conditions remain the same.
The amount of heat required for preheating or holding can be regulated by tape, whereby the various temperatures can be read from thermometers. The regulation can also be automatic with the help of thermostats.
Such a scheme is shown in Fig. 6; The device consists of a thermostat 60 built into the wall of the turbine housing 59, the expansion stroke 61 of which controls the heat source 54 via the double lever 62 and the relay 63 of a control element 64.
In the present case, the heating source 54 consists of electrical heating elements that can be switched in a known manner by a controller 165 for example u, off, parallel or one behind the other. If steam or flue gases are used as heat sources, the regulation can be carried out just as easily by means of suitable power organs controlled by the relay.
In the case of runners that form hollow bodies, it is advisable to provide the heat transfer medium with access to the hollow space 67 (FIG. 6) through appropriate connections 6, 6.
It is advisable to initiate the process immediately after the turbine has been switched off so that it can be converted into the steady state of rest according to the invention with the least amount of heat.
In single-casing turbines, the heating effect can be limited to the high pressure end.
The invention also extends to turbines that process a gas-steam mixture.