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Regeleinrichtung für eine Dampfturbinenanlage mit ein-oder mehrfacher
Zwischenüberhitzung Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für eine Dampfturbinenanlage
mit ein- oder mehrfacher Zwischenüberhitzung.
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Bei Dampfkraftanlagen mit Zwischenüberhitzung wird bzw. werden üblicherweise
das bzw. die hinter dem bzw. den Zwischenüberhitzer(n) übliche(n) Abfangventil(e),
wenn die Turbine angefahren wird, geöffnet. Es durchströmt dann also, wenn dieTurbine
angefahren und wenn sie mit kleiner Teillast gefahren wird, der Dampf die Teilturbinen
in der gleichen Reihenfolge wie bei Nennlast und hoher Teillast, nämlich in der
Reihenfolge überhitzer -Hochdruckturbine - Zwischenüberhitzer - Mitteldruckturbine
- Niederdruckturbine - Kondensator. Dies hat die unerwünschte Folge, daß die dem
Zwischenüberhitzer nächstfolgende Turbine beim Anfahren und bei Kleinlast zu heiß
werden kann. Denn bekanntlich wird das Druckgefälle der Gesamtturbine bei Teillast
an das Hochdruckende der Turbine gedrängt, und zwar um so mehr, je kleiner die Teillast
ist; infolgedessen wird der Dampf bei Teillast in der Mitteldruck- und in der Niederdruckturbine
weniger entspannt und daher weniger gekühlt als bei Nennlast, zumal er (dies gilt
für alle Teilturbinen) bei Teillast mit anderer Geschwindigkeit strömt und daher
mit anderen Winkeln auf die Schaufeln trifft und daher stärker verwirbelt wird als
bei Nennlast. Und da man die Dampftemperatur am Austritt des Überhitzers und des
Zwischenüberhitzers auch beim Anfahren und bei Teillast auf Nenntemperatur zu bringen
bzw. zu halten sucht (beim Anfahren, um die Turbinen auf ihre Nenntemperatur anzuwärmen,
und bei Teillast, um auch bei Teillast hohen Wirkungsgrad des thermischen Prozesses
zu erhalten), so wird die dem 7.wischenüberhitzer nächstfolgende Turbine, weil ihre
Nenntemperatur schon an der durch die Warmfestigkeit ihrer Werkstoffe gegebenen
Grenze gewählt zu sein pflegt und der Dampf in ihr kaum entspannt und gekühlt, sondern
durch die Verwirbelung noch erhitzt wird, gefährdet. Dies gilt auch bei Dampfkraftanlagen
mit mehrfacher Zwischenüberhitzung, nämlich für jede einem Zwischenüberhitzer nächstfolgende
Teilturbine.
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Die Erfindung soll diese Gefahr ausschließen. Sie beruht auf dem Gedanken,
beim Anfahren und bei Kleinlast die dem Zwischenüberhitzer nächstfolgende Teilturbine
nicht mit Dampf aus dem Zwischenüberhitzer, also mit schon entspanntem und daher
zu wesentlicher Entspannung und Kühlung in dieser Teilturbine nicht mehr fähigem
Dampf, sondern mit Frischdampf, nämlich mit zwar gedrosseltem, aber in der Teilturbine
noch stark entspannendem und daher sich abkühlendem Frischdampf zu beschicken.
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Die Erfindung besteht darin, daß parallel zu dem bzw. zu jedem Zwischenüberhitzer
ein bzw. je eine Leitung mit einem bzw. je einem Anfahrventil angeordnet ist, das
beim Anfahren der Turbine sowie bei Leerlauf und Kleinlast gedrosselten Frischdampf
in die diesem Zwischenüberhitzer nächstfolgende Teilturbine oder Gruppe von einander
parallel geschalteten Teilturbinen einläßt, und daß das bzw. die Abfangventil(e)
beim Anfahren der Turbine und bei Leerlauf geschlossen, bei kleiner Last je nach
deren Höhe mehr oder weniger offen und erst oberhalb gewisser Last ganz offen ist
bzw. sind.
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Es werden also die Teilturbinen beim Anfahren der Turbine und bei
Leerlauf vom Dampf und bei Kleinlast von einem mehr oder minder großen Teil des
durch sie fließenden Dampfes nicht wie üblich nacheinander, sondern parallel zueinander
durchströmt; es fließt also der Dampf, der eine Teilturbine durchströmt hat, beim
Anfahren der Turbine und bei Leerlauf ganz und bei Kleinlast zum
Teil
in den Kondensator, ohne eine andere Teilturbine zu durchfließen; man kann also
jeder Teilturbine die für ihre Kühlung erwünschte Dampfmenge zuteilen. Es wird bzw.
werden also das bzw. die Anfahrventile beim Anfahren der Turbine und bei Leerlauf
geöffnet, bei Kleinlast je nach deren Höhe mehr oder weniger geschlossen und oberhalb
gewisser Last - etwa 25 bis 301/o - ganz geschlossen und das bzw. die Abfangventil(e)
beim Anfahren der Turbine: und im Leerlauf geschlossen gehalten, bei Kleinlast mehr
oder weniger geöffnet und erst oberhalb jener gewissen Last ganz
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öffnet. Aus der bzw. den Teilturbine(n) fließt dabei der durch das bzw.
die Anfahrventil(e) in sie eingelassene Dampf beim Anfahren der Turbine und bei
Leerlauf ganz und bei Kleinlast zu mehr oder minder großem Teil durch das bzw. die
übliche(n) Umgehungsventil(e), das bzw. die beim Anfahren des Kessels das Wasser-Dampf-Gemisch
um die Teilturbinen) herum in den Kondensator führt bzw. führen und als selbsttätige(s)
Druckhalteventil(e) ausgebildet ist bzw. sind, in den Kondensator.
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Die Drosselung des Frischdampfes kann dadurch geschehen, daß in der
bzw. in den Anfahrdampfleitung(en) dicht vor jeder Teilturbine je eine Drosseldüse
angeordnet ist. Dann werden die Anfahrleitungen und Anfahrventile, weil der Anfahrdampf
in ihnen noch hohen Druck und daher geringes spezifisches Volumen hat, räumlich
klein, so daß sie unschwer nahe der Turbine Platz finden; und dank dieser Nähe wird
auch ihr Antriebsmechanismus erleichtert.
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Das bzw. die Abfangventil(e) kann bzw. können entweder dem Drehzahlregler
oder einem besonderen Abfangregler unterstellt sein; beides ist an sich bekannt.
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Beim Anfahren einer Zwischenüberhitzungsturbine das Abfangventil zu
schließen, ist bekannt von einer Anlage, und zwar Einwellenanlage mit einfacher
Zwischenüberhitzung, bei der man, um die etwas abgekühlte Turbine schnell wieder
anzufahren, in genau dosierter kleiner Menge nicht nur Frischdampf in die dem Zwischenüberhitzer
vorgeschaltete Teilturbine, sondern gleichzeitig durch ein das Abfangventil umgehendes,
vom Drehzahlregler gesteuertes kleines Ventil auch Dampf aus dem Zwischenüberhitzer
in die ihm nächstfolgende Teilturbine einführt. Das Schließen des Abfangventils
geschieht dort dadurch, daß das Gestänge des Drehzahlreglers mit dem Gestänge des
Abfangreglers durch eine Schlaufe gekuppelt ist derart, daß das Abfangventil beim
Anfahren dem Einfluß des Abfangreglers entzogen und geschlossen und erst bei der
Nenndrehzahl dem Abfangregler unterstellt wird. Dieses Mittel ist auch bei der Erfindung
angewendet.
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Die Erfindung betrifft im besonderen eine Regeleinrichtung für eine
Dampfturbinenanlage mit zweimaliger Zwischenüberhitzung und mit zwei Wellen, von
denen die eine die dem ersten Zwischenüberhitzer vorgeschaltete Teilturbine, sogenannte
Höchstdruckturbine, die andere die dem ersten Zwischenüberhitzer nächstfolgende,
sogenannte Hochdruckturbine und jede je eine dem zweiten Zwischenüberhitzer nächstfolgende,
sogenannte Mitteldruckturbine und je eine von dieser gespeisten Niederdruckturbine
enthält. Eine solche Anlage ist bekannt. Bei Zweiwellenanlagen pflegt man den Drehzahlregler
auf der die Höchstdruckturbine tragenden Welle und den Abfangregler auf der anderen
Welle anzuordnen, und so ist es auch bei der erfindungsgemäßen Zweiwellenanlage.
Deren Regeleinrichtung besteht darin, daß a) in an sich bekannter Weise der Drehzahlregler
auf der die Höchstdruckturbine tragenden sogenannten ersten Welle und der Abfangregler
auf der zweiten Welle angeordnet ist, b) die Anfahrventile dem Drehzahlregler unterstellt
sind, c) das Abfangventil derjenigen Mitteldruckturbine, die auf der ersten Welle
angeordnet ist, dem Drehzahlregler und nur die Abfangventile der Hochdruckturbine
und derjenigen Mitteldruckturbine, die auf der zweiten Welle angeordnet ist, dem
Abfangregler unterstellt ist bzw. sind, d) das Gestänge des Drehzahlreglers mit
dem Gestänge des Abfangreglers durch eine Schlaufe gekuppelt ist, wodurch die vom
Abfangregler abhängigen Abfangventile bei Stillstand und Leerlauf dem Einfluß des
Abfangreglers entzogen und geschlossen und erst bei gewisser Last dem Abfangregler
unterstellt werden.
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Die Zeichnung zeigt als Beispiel eine Zweiwellenanlage. Die Pfeile
zeigen die Strömungsrichtung des Dampfes, und zwar strichpunktiert beim Anfahren
des Kessels, punktiert beim Anfahren der Turbine und bei kleiner Teillast, voll
bei größerer Teillast und bei Vollast; gestrichelte Linien bedeuten Impulsleitungen.
Kreise mit darin befindlichem P oder 7' bezeichnen Druckfühler bzw. Temperaturfühler,
Kreise mit eingezeichnetem V oder -
Ventile bzw. Rückschlagventile.
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Es bedeuten ferner 1 die der einen und 2 die der anderen Turbinenwelle
zugehörige Gruppe von Teilturbinen, 3 die Höchstdruck- und 4 die Hochdruckturbine,
5, 6 zwei Mitteldruck- und 7, 8 zwei Niederdruckturbinen. Auf der ersten Welle sind
die Höchstdruck-, eine Mitteldruck- und eine Niederdruckturbine, auf der zweiten
Welle sind die Hochdruck-, die andere Mitteldruck und die andere Niederdruckturbine
angeordnet. Es bezeichnen 9 das Frischdampfregelventil, 10 dessen Vorhubventil,
11 und 12 die Anfahrventile, 13 das Abfangventil der Hochdruckturbine und 14, 15
die Abfangventile der Mitteldruckturbinen.16 ist die Steuerwelle für die Turbinen
der ersten Welle; sie wird über ein Zahnrad 17, eine Zahnstange
18, eine Verbindungsstange 19 und einen Hebel 20 vom Drehzahlregler betätigt
und steuert über Nockenscheiben das Vorhubventil 10 des Frischdampfregelventils,
ferner die Anfahrventile 11, 12 sowie das Abfangventil 14 der einen der beiden Mitteldruckturbinen.
Das Abfangventil 15 der anderen Mitteldruckturbine und das Abfangventil 13 der Hochdruckturbine
werden über Nockenscheiben 21, 22 von der Steuerwelle 23 gesteuert; diese wird über
Zahnrad 24, Zahnstange 25, Verbindungsstange 26 und Hebel 27 vom Abfangregler betätigt.
28 ist der Drehzahlregler und 29 seine Drehzahlverstellvorrichtung; der Drehzahlregler
betätigt nicht nur die Steuerwelle 16 seiner eigenen Turbinenwelle, sondern, wenn
die Solldrehzahl überschritten wird, auch die Steuerwelle 23 der anderen Turbinenwelle,
nämlich über den Arm 30, die Welle 31 und die Schlaufe 32 so, daß er die Abfangventile
13 bis 15 schließt. Mit 33 ist die Drehzahlverstellvorrichtung des Abfangreglers
und mit 34 der Abfangregler
selbst bezeichnet; dieser beeinflußt
von den Abfangventilen nur diejenigen, die den auf der Turbinenwelle 2 angeordneten
Teilturbinen zugehören, aber nicht dasjenige der auf der Turbinenwelle 1 angeordneten
Mitteldruckturbine, das vom Drehzahlregler gesteuert wird. 35 bedeutet einen verstellbaren
Lastbegrenzungsanschlag; dieser ist im Normalbetrieb ganz emporgeschraubt, so daß
er die Bewegungen des Drehzahlreglergestänges nicht behindert, aber wird zum Anfahren
der Turbine zunächst ganz herunter- und beim Anfahren allmählich emporgeschraubt,
wodurch das Vorhubventil 10 und die Anlaßventile 11, 12 geöffnet werden. Ferner
bezeichnen 36 die Spindel des Vorhubventils 10, 37 den Hauptkegel des Frischdampfregelventils,
38 die vom Anfahrventil 11 zu den beiden Mitteldruckturbinen führende Anfahrdampfleitung,
39 und 40 die darin angeordneten Drosseldüsen, 41 die vom Anfahrventil 12 zur Hochdruckturbine
führende Anfahrdampfleitung, 42 und 43 den zweiten bzw. den ersten Zwischenüberhitzer,
44 den Verdampfungsteil des Kessels, 45 die Kesselspeisepumpe, 46 den Speisewasservorwärmer,
47 den Überhitzer, 48 das Hauptabsperr- und Schnellschlußventil und 49 den Schnellschlußregler.
Es bedeuten ferner 50 und 51 das Ventil bzw. die Leitung, die die Höchstdruckturbine
umgehen, 52 und 53 einen Wasserabscheider bzw. dessen Entwässerungsleitung zu einem
der Kondensatoren, 54 dessen Kondensatsammeltopf, 55 und 56 die vom Wasserabscheider
bzw. von der Höchstdruckturbine zum ersten Zwischenüberhitzer und 57 die von diesem
in Richtung zur Hochdruckturbine führenden Dampfleitung, 61 das die Niederdruckturbinen
umgehende, sogenannte Niederdruck-Umgehungsventil und 62 einen der beiden Kondensatoren.
Ferner bezeichnen 63, 64, 65 Einspritzkühler, 66 und 67 handbetätigte Ventile, durch
die Anwärmdampf aus dem ersten Zwischenüberhitzer in die Höchstdruckturbine bzw.
aus dem zweiten Zwischenüberhitzer in die Hochdruckturbine geleitet werden kann,
68 die vom zweiten Zwischenüberhitzer zum Abfangventil 14 führende und 69 die von
der Hochdruckturbine zum zweiten Zwischenüberhitzer führende Dampfleitung, 70 das
Kesselabsperrventil, das durch Druck- und Temperaturfühler gesteuert ist, und 71
die von ihm zum Hauptabsperr- und Schnellschlußventil führende Dampfleitung, ferner
72, 73 und 74 handbetätigte Absperrventile, die den Abfangventilen vorgeschaltet
sind, sodann 75, 76, 77 und 79 die Nockenscheiben in den Antrieben der vom Drehzahlregler
gesteuerten Ventile, 78 die in der Anfahr-Frischdampfleitung zur Hochdruckturbine
befindliche Drosseldüse, 80 das Gelenk, an dem der Drehzahlregler sein Regelgestänge
angreift, und schließlich 81 die vom zweiten Zwischenüberhitzer zum Abfangventil
15 führende Dampfleitung.
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Es fließt, wenn der Kessel angefahren wird, aber die Turbine noch
stillsteht, der anfangs aus Wasser, später mehr und mehr aus Dampf bestehende Strom
durch Verdampfer 44, Überhitzer 47, Höchstdruck-Umgehungsventil 50, Einspritzkühler
63, ersten Zwischenüberhitzer 43, Hochdruck-Umgehungsventil 58, Einspritzkühler
64, zweiten Zwischenüberhitzer 42, Niederdruck-Umgehungsventil 61 und Einspritzkühler
65 in den Kondensator 62. Dagegen strömt beim Anfahren der Turbine und bei Leerlauf
der Dampf - bei Kleinlast ein Teil des Dampfes - folgende drei voneinander getrennten
Wege: 1. über Frischdampfregelventil 9/10, Höchstdruckturbine 3, ersten Zwischenüberhitzer
43, Hochdruck-Umgehungsventil 58, Einspritzkühler 64, zweiten Zwischenüberhitzer
42, Niederdruck-Umgehungsventil 61, Einspritzkühler 65 zum Kondensator 62; 2. über
Anfahrventil 12, Drosseldüse 78, Hochdruckturbine 4, zweiten Zwischenüberhitzer
42, ' Niederdruck-Umgehungsventil 61, Einspritzkühler 65 zum Kondensator 62; 3.
über Anfahrventil 11, Drosseldüsen 39 und 40, Mitteldruckturbinen 5 und 6, Niederdruckturbinen
7 und 8 zu den Kondensatoren.