DE1140586B - Regelungseinrichtung fuer Dampfturbinen - Google Patents

Description

• Regelungseinrichtung für Dampfturbinen Die Erfindung betrifft eine Regelungseinrichtung für Dampfturbinen mit mehreren Regelventilen, mit einem diese betätigenden gemeinsamen Querhaupt oder Hebel, das bzw. der von einem Kraftkolben betätigt wird, und mit einer Rückführung zwischen dem Kraftkolben und dem Steuerschieber des Kraftzylinders.
• Der Durchsatz eines Regelventils steigt bekanntlich mit dem Ventilhub nur zu Beginn des Hubes linear an, nämlich nur so lange, wie das Verhältnis zwischen dem hinter dem Ventil und dem vor dem Ventil herrschenden Druck nicht größer als das kritische ist, welches bekanntlich bei Sattdampf etwa 0,58 und bei Heißdampf etwa 0,54 beträgt, und steigt im späteren Teil des Hubes langsamer und immer langsamer auf seinen Endwert, wie aus Fig. 1, die den Dampfdurchsatz eines Regelventils über dem Ventilhub zeigt, ersichtlich; und selbst bei den Regelventilen mit verengtem Sitz und anschließendem Diffusor, sogenannten Diffusorventilen, bei denen bekanntlich dank der Verengung und Erweiterung Schallgeschwindigkeit im engsten Querschnitt und somit Linearität des Verhältnisses Hub/Durchsatz auch dann erhalten bleibt, wenn der Druck hinter dem Ventil über den kritischen um einiges ansteigt, hört diese Linearität doch auf, wenn der Gegendruck etwa 0,9 des Eingangsdruckes erreicht. Infolgedessen ist bei Turbinen der eingangs genannten Art, also Turbinen mit mehreren Regelventilen, die Kurve des Dampfdurchsatzes, wenn. über dem Hub des Hebels oder Querhauptes, der dem Reglerhub wesentlich proportional zu sein pflegt, aufgetragen, unstetig, wie Fig. 2 für eine Turbine mit drei Ventilen zeigt. Diese Unstetigkeit der Kennlinie ist unerwünscht, weil Turbinen von solcher Charakteristik, wenn sie auf ein gemeinsames Netz arbeiten, in ihrer Drehzahl zu pendeln neigen.
• Bei Turbinen mit Antrieb der Regelventile durch Nockenwelle, wobei also für jedes Ventil eine besondere Nockenscheibe vorhanden ist, läßt sich die gewünschte Stetigkeit ziemlich gut durch entsprechende Form der Nockenscheiben erreichen. Bei Ventilantrieb durch Querhaupt oder gemeinsamen Hebel aber ist das nicht möglich.
• Der Grundgedanke der Erfindung ist, das Querhaupt bzw. den gemeinsamen Hebel, das bzw. der die Regelventilspindeln betätigt, nicht, wie üblich, drehzahlproportional gleichmäßig schnell, sondern ungleichmäßig schnell, und zwar unstetig zu bewegen, derart, daß die Unstetigkeit der Ventilcharakteristik aufgehoben wird.
• Die Erfindung benutzt dazu eine Nockenscheibe. Nockenscheiben sind in Regelungseinrichtungen von Dampfturbinen als Element zur Erzielung bestimmter Charakteristik bekannt; sie werden bekanntlich entweder im aktiven Teil oder in der Rückführung oder auch in beiden verwendet. In Regelungseinrichtungen mittels Querhauptes oder eines für die Ventile gemeinsamen Hebels sind Nockenscheiben noch nicht bekannt; daß sie im aktiven Teil solchen Antriebs nicht verwendet werden, ist verständlich, da sie dort sehr großen Kräften ausgesetzt sein würden, weshalb es üblich ist, den Kraftkolben des Stellmotors unmittelbar am Querhaupt bzw. Hebel angreifen zu lassen. Die Erfindung sieht die Nockenscheibe in der Rückführung vor, und zwar an Stelle der sonst dort üblichen Rückführung mittels eines an die Kraftkolbenstange angelenkten Hebels, die ja keine Veränderung der Kennlinie gestatten würde.
• Man hat, um die Unstetigkeit der Kennlinie Dampfdurchsatz/Reglerteil zu beseitigen, also um eine möglichst geradlinige Abhängigkeit des Dampfdurchsatzes vom Reglerhub zu erreichen, auch schon versucht, die Rückführung nicht mehr von irgendwelchen Größen, die dem Hub der Regelventile zugeordnet sind, sondern von dem an irgendeiner Stufe der Turbine herrschenden Dampfdruck abhängig zu machen; da der Stufendruck sich bekanntlich linear mit der Leistung ändert, so wird die gewünschte geradlinige Abhängigkeit zwischen Drehzahl und Leistung erzielt, ohne daß besondere Formen von Rückführnocken, die ja für die besonderen Dampfverhältnisse und Beschaufelungsquerschnitte jeweils besonders bestimmt werden müssen, erforderlich wären. Aber diese Rückführung durch den Dampfdruck könnte vielleicht, weil bei ihr der Regelkreis weiter gespannt ist, träger als die Rückführung durch die Nockenscheibe sein; diese hat offenbar den Vorzug, schnell und in einer durch die Nokkenform nach Wunsch bestimmten Weise zu wirken.
• Die Erfindung besteht darin, daß in die Rückführung eine Nockenscheibe eingeschaltet ist, die sägezahnförmig und so profiliert ist, daß der Dampfdurchsatz durch die Regelventile als Funktion des Reglerhubes oder der Drehzahl stetig und wesentlich linear Ist.
• Zur Verwirklichung dieses Gedankens sieht die Erfindung drei verschiedene Ausführungsformen vor. Bei der einen ist die Nockenscheibe an der Kraftkolbenstange angebracht und wird der Steuerschieber mittels eines Winkelhebels betätigt, wie das von einer Regeleinrichtung, bei der jedes Reglerventil seinen eigenen Kraftkolben hat, bekannt ist. Die zweite besteht darin, daß die Nockenscheibe auf einer gesonderten Welle angeordnet ist und von der Kraftkolbenstange mittels Zahnrades gedreht wird und den Steuerschieber betätigt. Die. dritte besteht darin, daß die Nockenscheibe durch einen Stift mit Querrillen von Sägeprofil gebildet wird, der von der Kraftkolbenstange mittels Hebels bewegt wird, in einer Bohrung der Wand des Steueröldruckraums gleitet und dem durch eine Drosselblende in diesen Raum einströmenden Steueröl einen mehr oder minder großen Ablauf öffnet.
• Die Zeichnung zeigt diese drei Formen in den Ei-. 3 bis 5. Darin bedeutet 1 den Kraftkolben, 2 den üblichen Kipphebel, 3 das Querhaupt, an dem drei Ventilspindeln hängen; 4 bezeichnet den Steuerschieber des Kraftzylinders, 5 die Kraftkolbenstange, 6 die Nockenscheibe der ersten Ausführungsform, 7 eine Gleitrolle, 8 den Winkelhebel, 9 eine Feder und 10 den Steuerschieberkolben. In Ei"-. 4', sind mit 11, 12 die Zahnräder und mit 13 die Nockenscheibe der zweiten Ausführungsform bezeichnet. In Fig. 5 bedeutet 14 den die Nockenscheibe ersetzenden Steuerstift mit den sägezahnförmig profilierten Rillen. 1.5 den diesen Stift betätigenden Hebel, 16 eine Abzweigung der Steueröldruckleitung, 17 die in der Steuerölzule-itung vorgesehene Drosselblende und 18 eine Kammer des Steueröldruckraümes, deren Wand der Stift 14 durchdringt.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Regelungseinrichtung für Dampfturbinen mit mehreren Regelventilen, mit einem diese betätigenden gemeinsamen Querhaupt oder Hebel, das bzw. der von einem Kraftkolben betätigt wird, und mit einer Rückführung zwischen dem Kraftkolben und dem Steuerschieber des Kraftzylinders, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rückführung eine Nockenscheibe eingeschaltet ist, die sägezahnförmig und so profiliert ist, daß der Dampfdurchsatz durch die Regelventile als Funktion des Reglerhubes oder der Drehzahl stetig und wesentlich linear ist.
2. 2. Regelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Nockenscheibe (6 in Fig. 3) an der Kraftkolbenstange angebracht ist und den Steuerschieber (4) mittels eines Winkelhebels (8) betätigt.
3. 3. Regelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenscheibe (13 in Fig. 4) auf gesonderter Welle angeordnet ist und von der Kraftkolbenstange mittels Zahnrades gedreht wird und den Steuerschieber (4) betätigt.
4. 4. Regelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenscheibe durch einen Stift (14 in Fig. 5) mit Querrillen von Sägeprofil gebildet wird, der von der Kraftkolbenstange mittels Hebels (15) bewegt wird, in einer Bohrung der Wand des Steueröldruekraums gleitet und dem durch eine Drosselblende (17) in diesen Raum einströmendes Steueröl einen mehr oder minder großen Ablauf öffnet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 210 095, 719 273, 83-1593, 892 291; US.4.-Patentschriften Nr. 2 091 669, 2 141260; S t o d o 1 a »Dampf- und Gasturbinen«, Verlag Springer, 6. Auflage, 1924, S. 459, 460; Loschge »Konstruktionen aus dem Dampfturbinenbau«,Verlag Springer, 2. Auflage, 195-1, S. :i2; Kraft >>Die neuzeitliche Dampfturbine<:, VEB Verlag Technik, Berlin, 3. Auflage, 1954, S. 293.