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Regelung des Entnahmedruckes bei Turbinen mit wandernder Entnahmestelle
Die Erfindung betrifft eine Regelung des Entnahmedruckes bei Dampfturbinen mit wandernder
Entnahmestelle, bei der selbsttätig die Entnahmestelle vom nächsthöheren Druck als
dem Solldruck ausgewählt und von einem durch den Druck in der Entnahmeleitung angestoßenen
Druckregler gedrosselt wird.
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Bei einer bekannten Regelung solcher Art wird die Entnahmestelle nach
der jeweiligen Maschinenleistung gewählt. Das ist dann, wenn der zu erwartende Schwankungsbereich
der Entnahmedampfmenge relativ groß ist, nachteilig, weil ja der Druck an der Entnahmestelle
nicht nur mit der Leistung, sondern auch mit der Entnahmedampfmenge schwankt, so
daß die den einzelnen Entnahmestellen zuzuordnenden Leistungsbereiche und daher
auch Druckbereiche größer, als sie bei konstanter Entnahmemenge zu sein brauchten,
werden und daher auch der Verlust, der durch die Drosselung des Entnahmedrucks auf
den Solldruck entsteht, unerwünscht groß wird.
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Bekannt ist ferner eine Regelung mit wandernder Entnahme, bei der
die Wahl der Entnahmestelle sowohl vom Druck in der Entnahmeleitung als auch von
dem Druck, der in einer vor der Entnahmestelle liegenden Turbinenstufe herrscht,
abhängt. Aber dieser Druck in einer vor der Entnahmestelle liegenden Stufe würde
nur dann dem an der Entnahmestelle in der Turbine herrschenden Druck proportional
sein, wenn auch die Entnahmemenge dem Dampfdurchsatz der Turbine proportional wäre;
da aber die Entnahmemenge unvorhersehbar schwankt, so ist auch der Druck in irgendeiner
vor der Entnahmestelle liegenden Stufe kein genaues Maß des an der Entnahmestelle
zu erwartenden Dampfdrucks. Ein solches Maß ist nur die hinter der Entnahmestelle
die Turbine durchströmende Dampfmenge, und zwar natürlich nur bei gegebenem konstantem
Gegendruck am Ende der Turbinenschaufelung.
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Daher sieht die Erfindung vor, daß die Wahl der Entnahmestelle in
Abhängigkeit von der hinter der Entnahmestelle die Turbine durchströmenden Dampfmenge
erfolgt.
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Diese hinter der Entnahmestelle gemessene Dampfmenge bestimmt - bei,
wie gesagt, gegebenem Gegendruck - den Druck in der Turbine an der Entnahmestelle;
daher wird die nach dieser Menge gewählte jeweilige Entnahmestelle mit Sicherheit
den erwarteten Druck liefern; es können also, sofern genügend Entnahmestellen vorgesehen
werden, die den einzelnen Entnahmestellen zuzuweisenden Druckbereiche kleiner gehalten
werden, also die Verluste, die durch Drosseln des Entnahmedrucks auf den Solldruck
entstehen,, kleiner sein.
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Die Einrichtung zu solcher Regelung für Gegendruckdampfturbinen besteht
nach der Erfindung darin, daß in der Gegendruckdampfleitung der Turbine ein Dampfmengenmesser
mit Ferngeber angeordnet ist, der einen Wählschalter betätigt, der die Impulsleitung
des Druckreglers je nach der Dampfmenge auf eine der Steuerleitungen der Drosselventile
der Entnahmeleitungen oder auf die Steuerleitung des Drosselventils einer an sich
bekannten zusätzlichen Frischdampfentnahmeleitung schaltet.
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Die Drosselventile der Entnahmestellen sind so eingerichtet, daß sie,
wenn sie nicht auf den Druckregler geschaltet sind, selbsttätig schließen.
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Wenn, wie häufig nötig, außer dem Druck auch die Temperatur des Entnahmedampfes
geregelt werden soll, so kann dazu mit Vorteil die erfindungsgemäße Anlage angewendet
werden, indem jedem der Drosselventile ein Kühlwassereinspritzventil zugeordnet
und in der Entnahmedampfleitung in an sich bekannter Weise ein Temperaturmesser
mit Ferngeber angeordnet wird, welcher seine Impulse durch einen mit dem vorbeschriebenen
Wählschalter synchron gekuppelten zweiten Wählschalter auf die Einspritzventile
gibt.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an einem Schaltschema und an Hand
eines Schaubildes noch näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein Schema der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens;
Fig. 2 stellt die Entnahmeverhältnisse gra,-phisch dar.
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Eine Dampfturbine 1 mit gekuppeltem Stromerzeugeir 2 ist über die
Leitung 3 an dem Dampferzeuger 4 angeschlossen. Im Ausführungsbeispiel ist eine
Gegendruckturbine mit zwei Entnahmeleitungen 5, 6 abgebildet. In den Entnahmeleitungen
5, 6 liegen die Reduzierventile 7 und 8, durch welche der
entnommene
Dampf in bekannter Weise auf einen vorgegebenen Druck PR = pE + 4p (s. Fig.
2) reduziert wird, wobei pE der Druck in der Verbrauchsleitung 9 und 4p eine diesem
Verbrauchsdruck zuzuschlagende Druckverlustkonstante ist. Die Entnahmeleitungen
5, 6 sind mit der Verbrauchsleitung 9 verbunden, in der die Verbraucher 10, 10'
liegen. Eine Frischdampfleitung 11 mit Reduzierventil 12 ist ferner in bekannter
Weise an die Verbrauchsleitung 9 angeschlossen. In der Abdampfleitung 13 der Gegendruckturbine
1 befindet sich ein bekanntes Dampfmengenmeßgerät 14 (beispielsweise ein Quecksilber-Schwimmermanometer)
mit Ferngeber 14', dessen Impuls über die Steuerleitung 15 auf einen Wählschalter
16 wirkt. Der Schaltfinger 16' des Wählschalters 16 kann zwischen den Kontakten
17', 18', 19' der Leitungen 17, 18, 19 wandern. Er wählt also entsprechend dem vom
Dampfmengenmesser 14 über dessen Ferngeber 14' empfangenen Impuls die nächstfolgende
Entnahmestelle mit höherem Druck oder auch die Frischdampfentnahme aus.
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Erfindungsgemäß ist nun an den Wählschalter 16 über Leitung 20 der
Druckregler 21 angeschlossen. Dieser Regler erhält seine Steuerimpulse von einem
in der Verbrauchsleitung 9 liegenden Druckfühler 22. In der Verbrauchsleitung soll
der Druck konstant gehalten werden; dementsprechend gibt der Druckfühler alle Druckschwankungen
an den Regler 21 weiter, der sie im Ausführungsbeispiel über den Weg 20 auf das
vom Wählschalter - also vom Mengenmeßgerät 14 - ausgewählte Entnahmeventil 7 überträgt.
Die -Steuerimpulse des Reglers 21 öffnen also das vom Wählschalter 16 jeweils ausgewählte
Stellglied (Reduzierglied) und regeln dessen Durchtrittsquerschnitt entsprechend
den vom Druckfühler 22 gegebenen Impulsen, so daß ein konstanter Druck pE in der
Entnahmeleitung aufrechterhalten bleibt.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Die Verbrauchsleitung
9, in der der Dampfdruck pE konstant gehalten werden soll, ist zunächst mit der
unteren Entnahme - in Fig. 2 mit zc. E. bezeichnet-, also mit der Entnahmeleitung
5, über Reduzierventil 7 verbunden. Entnahmedruck p"" und die Dampfmenge G in der
Gegendruckleitung 1 stehen bekanntlich nach einer hyperbelartigen Funktion (s. Fig.
2) miteinander in Beziehung. In Fig. 2 ist auf der x-Achse die Abdampfmenge G in
Tonnen pro Stunde (t/h), auf der y-Achse der Druck p in ata aufgetragen. Bei unterer
Entnahmestrecke as. E. im Punkt a in Fig. 2 strömt zunächst die Dampfmenge
G,"," durch die Abdampfleitung 13 in das Verbrauchernetz 13'. Dieser Abdampfmenge
entspricht ein Entnahmedruck p", der vom Ventil 7 auf den vorgegebenen Druck PR
= pE -f- dp reduziert werden muB, wenn in der Verbrauchsleitung ein konstanter Druck
pE herrschen soll. Bei Rückgang der Dampfmenge in der Abdampfleitung (z. B. infolge
Rückganges der Turbinenleistung) fällt der untere Entnahmedruck pe,, entsprechend
der in Fig.2 gezeichneten hyperbelartigen Kurve. Wenn der Druck durch Verringerung
der Dampfmenge G auf den zur Versorgung des V erbrauchsnetezes 9 erforderlichen
Wert PR = pE -I- d p abgesunken ist - das ist Punkt b in Fig. 2 -,
gibt der Dampfinengenmesser 14 über den Ferngeber 14' einen bestimmten Impuls auf
den Wählschalter 16. Der Schaltfinger 16' wandert von seiner bisherigen Stellung
17' zur nächsten Kontaktstelle 18', die der oberen Entnahmestelle zugeordnet ist,
und schaltet somit die untere Entnahmestelle über Leitungen 5, 7 ab. Der Druckregler
21 ist somit nunmehr an die obere Entnahme der Leitung 6 und Ventil 8 angeschlossen.
Die Öffnung des Ventils 8 und dessen richtigeDrosseleinstellung auf den richtigenReduzierdruck
PR = pE -I- Qp übernimmt der an den Wählschalter 16 gelegte Regler 21, der
mit den Ventilen 7, 8, 12 auf beliebigen Steuerwegen verbunden sein kann.
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Die Impulse zur Drosselung der Ventile 7, 8, 12 empfängt der Regler
21 vom Druckfühler 22, der den Druck in der Verbrauchsleitung 9 abtastet. Sinkt
schließlich die Dampfmenge auch bei oberer Entnahme o.E. soweit ab (s. Punkt c in
Fig. 2), daß der Entnahmedruck peo nur noch die Größe PR = pE +
Ap hat, dann gibt auch hier wieder der Dampfmengenmesser 14 einen Steuerimpuls an
den Wählschalter 16, der nun auf die Frischdampfentnahme r.F. (in Fig. 2) umschaltet.
Der Schaltfinger 16' legt sich an Kontakt 19', so daß die Frischdampfleitung 11
über Reduzierventil 12 eingeschaltet ist. Öffnung und Regelung des Frischdampfreduzierventils
12 wird dann wieder von Regler 21 übernommen.
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Die Ventile 7, 8, 12 der vom Mengenmeßgerät 14 freigegebenen Leitungen
werden nach Abschaltung durch den Schaltfinger 16' durch mechanische, elektrische,
hydraulische oder pneumatische Kraft selbsttätig geschlossen. Das Mengenmeßgerät
14 in Verbindung mit dem Ferngeber 14' ist selbstverständlich so eingerichtet, daß
bei Wiederansteigen der Dampfmenge in der Abdampfleitung 13 sofort Impuls an den
Wählschalter 16 zur Wiedereinschaltung der jeweils niederen Entnahmestelle gegeben
wird. Wenn also das Gerät bei Punkt b auf die obere Entnahmestelle umgeschaltet
hat und die Dampfmenge in Leitung 13 über das dem Punkt b zugeordnete Maß hin ansteigt,
dann wird durch den veränderten Impuls, z. B. auf Widerstandsbasis, der Wählschalter
wieder zur Einschaltung der unteren Entnahmestelle ic.E. veranlaßt.
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In Fig. 1 ist ferner der Vollständigkeit halber ein Kühler 23 eingetragen,
weil mit Rücksicht auf die nachgeschalteten Verbraucher meist auch die Dampftemperatur
geregelt werden muß. Dies geschieht in der bisher bekannten Weise durch einen Regler,
welcher den Impuls durch einen Temperaturfühler erhält (ähnlich wie der Druckregler
21 vom Druckfühler 22).
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Werden statt des gesonderten Dampfkühlers 23 an sich ebenfalls bekannte
kombinierte Reduzier- und Kühlventile (sogenannte Dampfumformventile) verwendet,
so ist die Erfindung in der im achten Absatz dieser Beschreibung erläuterten Weise
auch auf die Regelung der Dampftemperatur in der Verbraucherleitung 9 anwendbar.
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Die Erfindung ist nicht auf Gegendruckturbinen beschränkt, sondern
kann in gleicher Weise für Kondensations- oder Entnahme-Kondensations-Turbinen Verwendung
finden, sofern nur die Möglichkeit besteht, die hinter der ungeregelten Entnahmestelle
weiterströmende Dampfmenge zu messen (etwa durch Messung der Kondensatmenge, bei
Entnahine-Kondensations-Turbinen zusätzlich noch der geregelten Entnahmemenge).
Weiterhin ist die Erfindung nicht auf Dampfturbinen beschränkt, sondern kann in
entsprechender Weise ganz allgemein bei vielstufigen Kreiselmaschinen angewendet
werden.