Einrichtung zur Regelung des Mediumstromes von mehreren Quellen verschiedenen Druckes zu einer Turbine Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung der Durchflussmengen von kompressiblen Medien, die aus zwei oder mehreren Quellen von ver schiedenem Druck durch mehrere Einlassdüsen eines Turbinengehäuses in eine Turbine geleitet werden.
Es ist oft erforderlich, einer Turbine unter Druck stehendes Arbeitsmedium von mehr als einer Quelle zu zuführen. Als Beispiel hierfür sei eine Hilfsturbine zum Antrieb der Kesselspeisepumpe bei einem grossen Tur- bogeneratorkraftwerk genannt. Aus Gründen der Wär mebilanz mag es angezeigt scheinen, den Dampf für die Hilfsturbine zur Kesselspeisung an einer Stelle abzuzap fen, wo er bereits teilweise in der Hauptturbine ent spannt wurde, um auf diese Weise einen möglichst gün stigen Wirkungsgrad des Kreisprozesses zu erzielen.
Bei niedriger Teillast der Hauptturbine wird jedoch hierbei der Dampfdruck am Zapfpunkt zu niedrig und .die Lei stung der Hilfsturbine daher zu klein, so dass man die Hilfsturbine mit Dampf höheren Druckes speisen muss.
Ein Mittel zur Überwindung dieser Schwierigkeit fand man in einer ausserhalb der Turbine vorgesehenen Ventileinrichtung, die ein Abschalten des Turbinenein lasses von der Niederdruckdampfquelle und ihren An schluss an eine Hochdruckdampfquelle ermöglicht. Eine andere Lösung bestand in der Verwendung einer ge trennten Hochdruckventileinheit am Turbineneinlass mit eigenem Regelventil und Abschlussventil, wobei der Dampf zu einem eigenen Hochdruck-Düsenstock oder zu Düsen vor der ersten Stufe .der Turbinenbeschaufe- lung geleitet wird.
Die erstgenannte Methode hat den Nachteil, dass die Hilfsturbine bei der Umschaltung von der einen Dampfquelle auf die andere einen Wärmestoss erleidet, sodass eine Drosselung des Hochdruckdampfes mit den damit verbundenen zusätzlichen Verlusten not wendig ist.
Die zweite Lösung (Verwendung einer kleinen, sepa raten Hochdruckventileinheit) ist teurer und arbeitet bei Verwendung mit Hochdruckdampf mit schlechterem Wirkungsgrad, da Rotordrehzahl, Stufenzahl und Schaufelhöhen der Hilfsturbine für guten Wirkungsgrad im Niederdruckbereich ausgelegt sind. Demgemäss ist ihr Wirkungsgrad beim Druckverhältnis und den ande ren Kenndaten des in der Regel sehr hohen Betriebs druckes, wie bei Verwendung der Hoch.druckventilein- heiten üblich, nicht ausreichend.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Einrichtung für die automatische Versorgung einer Turbine mit Dampf aus Quellen mit unterschiedlichem Druck und im richtigen Zeitpunkt.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Regelung der Durchflussmengen von kompressiblen Medien, die aus zwei oder mehreren Quellen von verschiedenem Druck durch mehrere Einlassdüsen eines Turbinenge häuses zu einer Turbine geleitet werden, besitzt ein Ventilgehäuse, das eine durch eine Trennwand in wenig stens eine erste und eine zweite Einlasskammer geteilte Kammer bildet, und ist gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von zu beiden Seiten der Trennwand liegen den Auslässen im Gehäuse,
sowie durch eine Mehrzahl von in einer Reihe angeordneten Ventilen für die Rege lung des Durchflusses des Mediums durch die Auslässe zu den Einlassdüsen des Turbinengehäuses, sowie durch gemeinsame Ventilbetätigungsmittel für das individuelle, der Reihe nach aufeinanderfolgende Öffnen der Ventile in der Kammer.
Aufbau und Anwendung der Erfindung gehen am besten aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbin dung mit .der beigefügten Zeichnung hervor. Darin zei gen: Fig. 1 einen Querschnitt durch das Turbinengehäuse, von der ersten Turbinenstufe gegen das Einlassende in Richtung der Turbinenachse gesehen; Fig. 2 ein Schema einer Turbogeneratoranlage mit einer Kesselspeisepumpen-Hilfsturbine, die eine Ein richtung nach Figur 1 aufweist.
In Fig. 1 der Zeichnung bildet das mit 1 bezeichnete Ventilgehäuse einen aus einem Stück gefertigten Be standteil der oberen Hälfte 2 eines Turbinengehäuses. Es ist mit der unteren Hälfte 3 des Gehäuses durch Schrauben 4 verbunden. Die Wände der Gehäuseteile 1,2 tragen einen mit 5 bezeichneten Düsenkasten, dessen Seitenwände 6,7 im Schnitt ersichtlich sind und dessen Deckwand 8 das Innere .des Ventilgehäuses 1 vom Inne ren des Düsenkastens 5 trennt.
Der Düsenkasten 5 besteht in konventioneller Weise aus einer Zahl innerer Teilwände 9, 10, 11, 12, 13, die den Düsenkasten in Kanäle 14, 15, 16, 17, 18, 19 unter teilen. Jeder der Kanäle 14 bis 19 kommuniziert mit einem bogenförmigen Einlasskanal 20 bis 25 bezie hungsweise. Die Einlasskanäle 20 bis 25 sind mit (nicht dargestellten) Leitschaufeln versehen, die so gerichtet sind, dass sie den Dampf unter dem richtigen Winkel auf die Laufschaufelnder ersten Stufe leiten.
Gemäss der Erfindung besitzt das Ventilgehäuse 1 zwei getrennte Einlässe für Dampf von zwei verschiede nen Drücken. Der Hochdruckeinlass 26 befindet sich hier an der linken Seite des Gehäuses 1, der Niederdruck einlass 27 an der rechten Seite. Zwischen einer Deck wand 28 des Ventilgehäuses 1 und der Deckwand 8 er streckt sich eine Trennwand 29, die den Innenraum des Ventilgehäuses 1 in zwei getrennte Kammern 30 und 31 teilt. Auslassöffnungen 32, 33, 34 mit passend geform ten Ventilsitzen leiten den Dampf aus der Kammer 30 durch Kanäle 14, 15, 16 in die bogenförmigen Kanäle 20, 21, 22.
In gleicher Weise wird Dampf aus den Aus- lassöffnun.gen 35, 36, 37 in die bogenförmigen Kanäle 23, 24, 25 geleitet.
Zur Regelung des Dampfstromes durch die Auslass- öffnungen 32 bis 34 dient eine erste Gruppe von Tel lerventilen 38, 39, 40, deren Betätigung über entspre chende Ventilschäfte 44 bis 46 erfolgt. Ähnlich sind für die Auslassöffnungen 35 bis 37 Tellerventile 41 bis 43 vorgesehen, die von entsprechenden Ventilschäften 47 bis 49 gesteuert werden.
Erfindungsgemäss ist ausserhalb des Ventilgehäuses 1 eine gemeinsame Betätigungseinrichtung vorgesehen, mit der die Tellerventile 38 bis 43 aufeinanderfolgend betätigt werden, beginnend in der Kammer 31 rechts der Trennwand 29 und anschliessend in der linken Kammer 30. Es kommen hierfür beliebige geeignete Betätigungs mittel in Frage, jedoch wird im vorliegenden Falle, um die Erläuterung zu vereinfachen, ein .durch Stangen 51, 52 heb- und senkbarer Balken 50 verwendet, der mit Stangenköpfen 53 bis 58, die in verschiedenen Abstän den von den entsprechenden Tellerventilen angeordnet sind, der Reihe nach in Wirkungsverbindung kommen.
Aus dem vorstehenden ergibt sich, dass in .den Ein lass 27 einströmender Dampf zuerst über die in der Rei henfolge: 43, 42, 41 öffnenden Tellerventile in die Tur bine gelangt. Sobald der Regler mehr Dampf verlangt, hebt sich der Balken 50 weiter und öffnet die Tellerven tile auf der anderen Seite der Trennwand in der Reihen folge 40, 39, 38. Durch die letztgenannten Tellerventile tritt Dampf aus einer Hochdruckquelle ein, die mit der Einlassöffnung 26 in Verbindung steht.
Das Schliessen der Ventile geschieht in der umgekehrten Reihenfolge, so dass zuerst der Auslass aus der Kammer 30 und dann jener aus der Kammer 31 abgesperrt wird.
Die Fig. 2 zeigt eine Anwendung der Regeleinrich tung an einer Turbine zum Antrieb einer Kesselspeise- pumpe. Natürlich sind auch noch viele andere Anwen dungen möglich. Ein typisches Dampfturbinenkraftwerk umfasst eine Hochdruckturbine 59, eine Mitteldrucktur- bine 60 und eine Niederdruckturbine 61 in Tandeman- ordnung, die gemeinsam einen Generator 62 antreiben.
Der Dampf wird zwischen den Turbinen 59 und 60 in einem Zwischenüberhitzer 63 zwischenüberhitzt und gelangt nach seiner Expansion in der Mitteldruckturbine 60 durch eine Verbindungsleitung 64 in die Nieder druckturbine 61. Der Dampf am Eintritt in den überhit- zer 63 besitzt höheren Druck als in der Verbindungslei tung 64, Für besten Gesamtwirkungsgrad des Prozesses sollte jedoch eine für den Antrieb einer Kesselspeise pumpe 66 bestimmte Hilfsturbine 65 mit Dampf aus der Verbindungsleitung 64 gespeist werden.
Aus diesem Grunde ist die Verbindungsleitung 64 über ein Rück schlagventil 68 und eine Leitung 67 mit dem Ventilge häuse 1 der Speisepumpenturbine verbunden.
Um bei Teillastbetrieb der Hauptturbine eine ausrei chende Dampfmenge und genügenden Dampfdruck für den Speisepumpenantrieb zu gewährleisten, verbindet eine zusätzliche Leitung 69 den Dampfeinlass am Zwi- schenüberhitzer mit dem Einlass 26 am Einlass der Speisepumpenturbine. Die Trennwand 29, die die zwei Dampfquellen verschiedenen Druckes separiert, ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Die Überweisungszahlen entsprechen den auch in Figur 1 vorkommenden glei chen Zahlen.
Der Betrieb ,des Regelventils geht aus der folgenden Beschreibung hervor. Bei normalem Vollastbetrieb wird der Dampf von der Niederdruckverbindungsleitung 64 in die Kammer 31 des Ventilgehäuses für die Speise pumpenturbine geleitet. Um besten Wirkungsgrad zu erzielen, werden die Tellerventile 41 bis 43 in der oben beschriebenen Reihenfolge geöffnet und geschlossen und ,damit die Dampfmenge geregelt.
Bei kleiner Last fällt der Dampfdruck in der Niederdruckleitung 64 auf einen für den richtigen Betrieb der Speisepumpenturbine ungenügenden Wert, sodass es notwendig ist, den Bal- ken 50 weiter anzuheben, sobald der Regler der Speise pumpenturbine mehr Leistung verlangt. Nun werden die Ventile 38 bis 40 in .der beschriebenen Reihenfolge ge öffnet oder geschlossen, um ,den aus der Leitung 69 kommenden und in die bogenförmigen Kanäle 20 bis 22 gelangenden Hochdruckdampf mit gutem Wirkungsgrad zu verarbeiten.
Sobald die Speisepumpenturbine 65 keinen Hochdruckdampf mehr benötigt, erfolgt automatisch die Umschaltung auf die Niederdruckdampfquelle durch Absenken des Balkens 50.
Die beschriebene Anordnung ist im Rahmen der Er findung vielseitig variierbar. Wenn auch die Trennwand 29 das Ventilgehäuse 1 symmetrisch teilt, müssen die beiden Einlasskammern nicht notwendigerweise die glei che Zahl von Ventilen aufweisen, :ebensowenig wie die Trennwand symmetrisch angeordnet oder sechs Ventile verwendet werden müssen. Zusätzliche Tellerventile, sog. überlast-Ventile können in jeder der Kammern vorhanden sein, um den Dampf um die ersten Stufen in das Turbinengehäuse umzuleiten.
Mit derartigen über last-Ventilen lässt sich die Hilfsturbine bei niedrigeren Dampfdrücken verwenden als wenn diese nicht verwen det werden. überlast-Ventile bringen zwar einen kleinen Verlust an Wirkungsgrad, doch nimmt man dies in Kauf, um die Hilfsturbine bei niedrigeren Einlassdrücken be treiben zu können. Die Einrichtung kann mit jeder praktischen Zahl von Ventilen in jeder der Kammern verwendet werden. Figur 1 zeigt Tellerventile in Verbin dung mit einem ausserhalb des Ventilgehäuses angeord neten heb- und senkbaren Balken für die Betätigung der Ventile. Diese Anordnung wurde hier gewählt, um die Erläuterung zu vereinfachen. Es ist aber natürlich auch möglich, .die Ventilbetätigung mittels Nocken oder Kur venscheiben vorzunehmen.
Device for regulating the flow of medium from several sources of different pressure to a turbine The invention relates to a device for regulating the flow rates of compressible media which are passed from two or more sources of different pressure through several inlet nozzles of a turbine housing into a turbine.
It is often necessary to supply pressurized working fluid to a turbine from more than one source. An example of this is an auxiliary turbine for driving the boiler feed pump in a large turbo-generator power plant. For reasons of heat balance, it may seem appropriate to tap the steam for the auxiliary turbine for boiler feed at a point where it has already been partially relaxed in the main turbine in order to achieve the most favorable efficiency of the cycle in this way.
At low partial load of the main turbine, however, the steam pressure at the tapping point is too low and the power of the auxiliary turbine is therefore too small, so that the auxiliary turbine has to be fed with steam at a higher pressure.
A means of overcoming this difficulty was found in a valve device provided outside the turbine, which enables the turbine inlet to be switched off from the low-pressure steam source and connected to a high-pressure steam source. Another solution consisted of using a separate high-pressure valve unit at the turbine inlet with its own control valve and shut-off valve, with the steam being directed to its own high-pressure nozzle assembly or to nozzles upstream of the first stage of the turbine blading.
The first-mentioned method has the disadvantage that the auxiliary turbine suffers a heat surge when switching from one steam source to the other, so that throttling of the high-pressure steam with the associated additional losses is necessary.
The second solution (use of a small, separate high-pressure valve unit) is more expensive and works with poorer efficiency when used with high-pressure steam, since the rotor speed, number of stages and blade heights of the auxiliary turbine are designed for good efficiency in the low-pressure range. Accordingly, their efficiency in terms of the pressure ratio and the other characteristics of the usually very high operating pressure, as is customary when using the high-pressure valve units, is not sufficient.
The purpose of the present invention is to provide an improved device for automatically supplying a turbine with steam from sources at different pressures and at the correct time.
The device according to the invention for regulating the flow rates of compressible media, which are passed from two or more sources of different pressure through several inlet nozzles of a turbine housing to a turbine, has a valve housing, which is a first and a second inlet chamber through a partition in at least one forms a divided chamber, and is characterized by a plurality of outlets in the housing on both sides of the partition wall,
and by a plurality of valves arranged in a row for regulating the flow of the medium through the outlets to the inlet nozzles of the turbine housing, and by common valve actuation means for the individual, one after the other opening of the valves in the chamber.
The structure and application of the invention can best be seen from the following description in conjunction with the accompanying drawings. 1 shows a cross section through the turbine housing, seen from the first turbine stage towards the inlet end in the direction of the turbine axis; Fig. 2 is a diagram of a turbo generator system with a boiler feed pump auxiliary turbine, which has a device according to FIG.
In Fig. 1 of the drawing, the designated 1 valve housing forms a one-piece loading part of the upper half 2 of a turbine housing. It is connected to the lower half 3 of the housing by screws 4. The walls of the housing parts 1, 2 carry a nozzle box designated 5, the side walls 6, 7 of which can be seen in section and the top wall 8 of which separates the interior of the valve housing 1 from the interior of the nozzle box 5.
The nozzle box 5 consists in a conventional manner of a number of inner part walls 9, 10, 11, 12, 13, which share the nozzle box in channels 14, 15, 16, 17, 18, 19 below. Each of the channels 14 to 19 communicates with an arcuate inlet channel 20 to 25, respectively. The inlet passages 20-25 are provided with guide vanes (not shown) which are directed to direct the steam at the correct angle onto the first stage blades.
According to the invention, the valve housing 1 has two separate inlets for steam of two different pressures. The high pressure inlet 26 is here on the left side of the housing 1, the low pressure inlet 27 on the right side. Between a deck wall 28 of the valve housing 1 and the top wall 8 he stretches a partition 29 which divides the interior of the valve housing 1 into two separate chambers 30 and 31. Outlet openings 32, 33, 34 with appropriately shaped valve seats direct the steam from the chamber 30 through channels 14, 15, 16 into the arcuate channels 20, 21, 22.
In the same way, steam is passed from the outlet openings 35, 36, 37 into the arcuate channels 23, 24, 25.
To regulate the steam flow through the outlet openings 32 to 34, a first group of Tel lerventilen 38, 39, 40 is used, the actuation of which takes place via corresponding valve stems 44 to 46. Similarly, poppet valves 41 to 43 are provided for the outlet openings 35 to 37, which are controlled by corresponding valve stems 47 to 49.
According to the invention, a common actuating device is provided outside the valve housing 1, with which the poppet valves 38 to 43 are successively actuated, starting in the chamber 31 to the right of the partition 29 and then in the left chamber 30. Any suitable actuating means are possible for this, however In the present case, to simplify the explanation, a bar 50 which can be raised and lowered by rods 51, 52 is used, which is in operative connection with rod heads 53 to 58, which are arranged in different distances from the corresponding poppet valves come.
From the above, it follows that steam flowing into the inlet 27 first reaches the turbine via the poppet valves that open in the order: 43, 42, 41. As soon as the regulator calls for more steam, the bar 50 rises further and opens the plate valves on the other side of the partition in the order 40, 39, 38. Through the latter plate valves, steam enters from a high pressure source connected to the inlet port 26 is connected.
The valves are closed in the reverse order, so that first the outlet from chamber 30 and then that from chamber 31 is shut off.
Fig. 2 shows an application of the Regeleinrich device on a turbine for driving a boiler feed pump. Many other applications are of course also possible. A typical steam turbine power plant comprises a high pressure turbine 59, a medium pressure turbine 60 and a low pressure turbine 61 in tandem arrangement, which together drive a generator 62.
The steam is reheated between the turbines 59 and 60 in a reheater 63 and after its expansion in the medium-pressure turbine 60 passes through a connecting line 64 into the low-pressure turbine 61. The steam at the inlet to the superheater 63 has a higher pressure than in the connecting line device 64, For the best overall efficiency of the process, however, an auxiliary turbine 65 intended to drive a boiler feed pump 66 should be fed with steam from the connecting line 64.
For this reason, the connecting line 64 is connected via a check valve 68 and a line 67 to the Ventilge housing 1 of the feed pump turbine.
In order to ensure a sufficient amount of steam and sufficient steam pressure for the feed pump drive when the main turbine is operating at partial load, an additional line 69 connects the steam inlet on the reheater with the inlet 26 on the inlet of the feed pump turbine. The partition 29, which separates the two steam sources of different pressure, is shown schematically in FIG. The transfer numbers correspond to the same numbers appearing in FIG.
The operation of the control valve is shown in the following description. During normal full-load operation, the steam is passed from the low-pressure connection line 64 into the chamber 31 of the valve housing for the feed pump turbine. In order to achieve the best efficiency, the poppet valves 41 to 43 are opened and closed in the sequence described above and thus the amount of steam is regulated.
With a small load, the steam pressure in the low-pressure line 64 falls to a value that is insufficient for the correct operation of the feed pump turbine, so that it is necessary to raise the bar 50 further as soon as the regulator of the feed pump turbine demands more power. Now the valves 38 to 40 are opened or closed in the order described, in order to process the high-pressure steam coming from the line 69 and entering the arcuate channels 20 to 22 with good efficiency.
As soon as the feed pump turbine 65 no longer requires high-pressure steam, the switchover to the low-pressure steam source takes place automatically by lowering the bar 50.
The arrangement described can be varied in many ways within the scope of the invention. Even if the partition 29 divides the valve housing 1 symmetrically, the two inlet chambers do not necessarily have to have the same number of valves, just as little as the partition wall symmetrically arranged or six valves have to be used. Additional poppet valves, so-called overload valves, can be present in each of the chambers in order to divert the steam around the first stages into the turbine housing.
With such over-load valves, the auxiliary turbine can be used at lower steam pressures than when these are not used. Overload valves cause a small loss of efficiency, but this is accepted in order to be able to operate the auxiliary turbine at lower inlet pressures. The device can be used with any convenient number of valves in each of the chambers. Figure 1 shows poppet valves in connection with an outside of the valve housing angeord Neten raisable and lowerable bar for the actuation of the valves. This arrangement has been chosen here to simplify the explanation. Of course, it is also possible to operate the valve by means of cams or cams.