DE1052247B - Mittelbar wirkende Regeleinrichtung fuer Dampf- und Gasturbinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Dampfeinlaßorgane von Dampfturbinen stellen eine Kombination von mehreren nacheinander geschalteten Querschnitten dar. Für den Dampfdurchsatz und die Leistung sind maßgebend:

1. der freie Querschnitt der Düsen- bzw. Überlastventile,

2. der beaufschlagte Querschnitt der Frischdampfdüsen,

3. der Querschnitt der gesamten Beschaufelung.
Der Dampfdurchsatz durch die Düsenventile ist nur

dann proportional dem Ventilquerschnitt, wenn vor und nach dem Ventil überkritisches Gefalle herrscht. Da aber bei ausgesteuertem Ventil der Dampfdruck vor Düsen fast den Frischdampfdruck erreichen muß, arbeitet ein Düsenventil bei wenig geöffneter Stellung im überkritischen, bei voll ausgesteuerter Stellung im unterkritischen Gebiet, die durchströmende Dampfmenge ist bis zur kritischen Stellung proportional dem Querschnitt, steigt aber bei weiterer Öffnung immer langsamer an. Will man aus regeltechnischen Gründen einen linearen Zusammenhang zwischen Drehzahl, gegeben durch die Reglerstellung, und der Leistung der Turbine herstellen, so müssen die Düsenventile bei Öffnungsbeginn nur wenig, gegen die offene Stellung hin aber sehr viel Querschnitt freigeben.

Man hat bisher diese Schwierigkeit auf zwei Wegen zu umgehen versucht:

1. Durch Anbringen von Drosselkegeln oder Drosselwülsten will man erreichen, den Öffnungsquerschnitt eines Ventils abhängig vom Hub so zu gestalten, daß der Querschnitt zunächst langsam, später aber sehr rasch zunimmt.

2. Der Hub des Ventils wird über Nockenscheiben abhängig vom Drehzahlregler so gesteuert, daß das Ventil zunächst langsam, später aber sehr rasch öffnet.

Beide Wege führen nur unvollständig zum Ziel, und selbst bei einer Kombination ist es nur durch langwierige und mühselige Abgleicharbeit möglich, die Abhängigkeit des Dampfdurchsatzes vom Reglerhub linear zu machen. Normalerweise hat eine Dampfturbine drei bis vier Düsenventile, manche sogar sechs. Dadurch wird klar, daß alle Turbinensteuerungen sehr unstetig arbeiten und eine Charakteristik ähnlich Bild 1 aufweisen. Die Folgen dieser Unstetigkeitsstellen sind Pendelungen vor allem im Öffnungsbereich der ersten zwei oder drei Düsenventile.

Man hat sich bisher so geholfen, daß die Steuerung mit so großer Ungleichförmigkeit eingestellt wird, daß selbst bei größter Leistungsänderung je Einheit des Reglerhubes keine Pendelungen auftreten. Damit ist zwangläufig eine Vergrößerung der gesamten Un-

Mittelbar wirkende Regeleinrichtung für Dampf- und Gasturbinen

Anmelder:

Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft, Mannheim-Käfertal, Boveristr. 22

Dipl.-Ing. Rudolf Fischer, Gauting bei München, ist als Erfinder genannt worden

gleichförmigkeit verbunden. Meistens gelingt es bei Vollastabschaltungen gerade noch knapp, die Turbine rechtzeitig vor dem Fallen des Schnellschlusses durch Eingreifen des Drehzahlreglers abzufangen. Durch die laufenden Frischdampfdruck- und Temperatursteigerungen, die Erhöhung der Leistung bei gleichzeitiger spezifischer Verringerung der umlaufenden Massen, die Einführung der Wasserstoffkühlung wird es immer schwerer, diese Aufgabe zu beherrschen. Der Drehzahlregler muß sehr schnell und mit möglichst geringer Ungleichförmigkeit arbeiten.

Zweck der Erfindung ist es, durch eine Steuervorrichtung die Unstetigkeiten in einer Turbinensteuerung selbsttätig auszugleichen, ohne daß es notwendig wird, die Ventilquerschnitte und den Ventilhub genauestens auf den nachgeschalteten Düsenquerschnitt abzugleichen. Damit soll zugleich eine Verringerung der Ungleichförmigkeit und eine Beschleunigung des Regelvorganges verbunden sein.

Es ist die Aufgabe gestellt, die Ventilquerschnitte in Abhängigkeit vom Reglerhub so zu steuern, daß sich der Dampfdurchsatz nahezu linear mit der Reglerstellung ändert. Der Steuerimpuls des Drehzahlreglers muß dabei zunächst in voller Stärke auf die Ventile geleitet werden, während alsdann der Dampfdurchsatz sich auf die Ventilstellung so auswirken muß, daß sich der Durchsatz proportional zu der Reglerstellung einstellt.

Eine hierfür geeignete, mittelbar wirkende Regeleinrichtung für vielstufige Dampf- und Gasturbinen, bei welcher im Beharrungszustand die notwendige Rückführung von dem Druck an den Stufen der Turbine abgeleitet wird, ist bereits bekannt. Diese Regeleinrichtung ist so ausgebildet, daß der gegebenenfalls veränderliche Steueröldruck auf den Ölkolben eines Rückführdruckwandlers wirkt, auf dessen Gegenseite eine Membran angeordnet ist, die

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unter einem Stufendruck der Turbine steht, so daß im Beharrungszustand Gleichgewicht zwischen den Kräften auf dem ölkolben und der Membran besteht, wobei alsdann von diesem Druckwandler ein Steuerschieber bewegt wird, der das Kraftöl zum Kraftkolben steuert.

Die Bedingung, daß der Radkammer- bzw. Stufendruck sich linear mit dem Durchsatz ändert, ist, wie es sich gezeigt hat, bei einer derartigen Regeleinrichtung nur für den Fall der Kondensationsturbinen erfüllt, dagegen stellen sich bei Gegendruckturbinen, insbesondere im Leerlauf, Abweichungen ein, wie dies aus dem Bild 2 zu entnehmen ist.

Der Radkammer- bzw. Stufendruck ist zwar über die Membran dem Reglerimpuls so entgegengeschaltet, daß sich ein lineares Verhältnis von Reglerhub und Radkammer- bzw. Stufendruck ergibt. Die Öffnung des Düsenventils kann sich aber nur gerade so groß einstellen, daß diese Bedingung erfüllt ist. In den Fällen, in welchen der Radkammer- bzw. Stufendruck nicht mehr in linearer Abhängigkeit vom Durchsatz steht, d. h. insbesondere beim Leerlauf der Gegendruckturbine, neigt die bekannte Reglereinrichtung zum Pendeln, weil die Rückführung zu klein ist.

Um diesen Mangel zu beheben, wird nunmehr vorgeschlagen, die Wirkung der Rückführung durch eine zusätzliche, dem Radkammer- bzw. Stufendruck der Turbine entgegenwirkende Feder im gesamten Arbeitsbereich oder mindestens in einem Teilbereich zu verstärken. Dabei kann gemäß einer speziellen Ausgestaltung dieser Zusatzerfindung die Wirkung der Rückführung zusätzlich durch eine geeignete Übersetzung des Angriffspunktes, z. B. in bekannter Weise durch eine Kurvenführung, im gesamten Arbeitsbereich oder in dem gewünschten Teilbereich verstärkt werden.

In den weiteren Bildern sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt das Bild 3 den Aufbau einer solchen Steuerung für eine rein hydraulisch betriebene Regeleinrichtung, das Bild 4 den Schnitt durch den hierfür erforderlichen Steuerapparat und das Bild 5 den Aufbau der Regeleinrichtung für eine Gestängesteuerung mit Servomotor zur Kraftverstärkung.

In den Bildern 3 bis 5 bedeutet 1 die Turbine, 2 die Ölpumpe für das Steuer- und Drucköl, 3 die Blenden in den Steuer- und Druckölleitungen, 4 das Düsenventil der Turbine, 5 den Kraftkolben zur Steuerung dieses Düsenventils, 6 den Steuerschieber des Rückführdruckwandlers, 7 den Drehzahlregler, 8 die Steuerhülse des Rückführdruckwandlers, 9 den Federbalg bzw. die Membran der Rückführung, 10 die Druckölleitung zwischen Radkammer und Membran, 11 den Druckwandlerkolben, 12 die Steuerölleitung vom Drehzahlregler, 13 die erfindungsgemäße Zusatzfeder zur Verstärkung der Rückführung, 14 die Kurvenführung zur Veränderung der Rückführung bei Gestängesteuerung, 15 und 16 die zugehörigen Steuergestänge.

Bei beiden Ausführungen muß die Steuervorrichtung hinsichtlich der Abmessungen des Ölkolbens bzw. des Gestänges und des Federbalges auf die Turbine bzw.' auf den Radkammerdruck abgestimmt sein.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden bei plötzlicher Drehzahlabsenkung oder Leistungserhöhung über die Drehzahlverstellung die Düsenventile weit geöffnet, weil der Radkammerdruck noch seinen alten Wert besitzt. Sofort nach dem Öffnen der Ventile steigt aber der Radkammerdruck, und die Düsenventile werden in die zugehörige Lage zurückgeführt. Umgekehrt werden bei Lastabsenkung die Regelventile sehr rasch geschlossen, und zwar zunächst etwas weiter, als es der neuen Stellung entspricht. Durch die Absenkung des Radkammerdruckes wird aber die Ventilstellung wieder auf die entsprechende Lage zurückgeführt.

Diese Art der Regelung arbeitet sehr schnell, was sich besonders bei plötzlichen Lastsenkungen in günstiger Weise bemerkbar macht. Die in den Zeichnungen dargestellte Art der Steuerung kann auch bei ähnlichen Regelaufgaben eingesetzt werden, wie z. B. bei Gas- und Luftturbinen, wobei gegebenenfalls der Steuerimpuls statt von einem Drehzahlregler auch durch einen Druckregler oder einen Leistungs- und Temperaturregler gegeben werden kann.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Mittelbar wirkende Regeleinrichtung für Dampf- und Gasturbinen, bei welcher der veränderliche Steueröldruck auf den Kolben eines Rückführdruckwandlers wirkt, auf dessen Gegenseite eine Membran angeordnet ist, welche unter einem Stufendruck der Turbine steht, in Anwendung auf Gegendruckturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Aufrechterhaltung eines eindeutig bestimmbaren Zusammenhanges, beispielsweise einer Proportionalität, zwischen der Reglerstellung und der Menge des zu regelnden Mediums die Wirkung der Rückführung durch eine zusätzliche, dem Stufendruck der Turbine entgegenwirkende Feder im gesamten Arbeitsbereich oder in einem Teilbereich verstärkt ist.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung der Rückführung zusätzlich durch eine geeignete Übersetzung des Angriffspunktes, z. B. in bekannter Weise durch eine Kurvenführung, im gesamten Arbeitsbereich oder nur in einem Teilbereich verstärkt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 247 052, 840 032, 892 291;

französische Patentschrift Nr. 894 231.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen