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Anfahrvorrichtung für Dampf-oder Gasturbinen Die Erfindung betrifft
eine Anfahrvorrichtung für Dampf- oder Gasturbinen, die selbsttätig nach vorbestimmtem
Zeitplan mittels Zeitplangeber (Kurvenscheibe) das Öffnen der Treibmittelzufuhr
im ganzen Verlauf des Hochfahrens zur Nenndrehzahl steuert und die auch vom Drehzahlregler
der Turbine abhängig ist.
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Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art wirkt der Drehzahlregler
nur innerhalb seines betriebsüblichen Proportionalbereichs (Ungleichförmigkeitsgrades)
von wenigen Prozenten der Nenndrehzahl auf die Steuerung ein; während des Hochfahrens
ist er untätig und unwirksam. Die Drehzahl folgt daher dem geplanten Steigerungsverlauf
nicht genau, und zwar deshalb nicht genau, weil infolge etwaiger Schwankungen des
Dampfdrucks und der Dampftemperatur am Turbineneintritt und des Dampfdrucks im Kondensator
und auch infolge etwaiger Undichtheit der Dampfventile das Wärmegefälle des zugeführtenDampfes
und seine Menge, also die zugeführte Energie von den Planwerten abweichen können
und die Turbine eine Regelstrecke ohne Ausgleich ist, da den jeweiligen Ventilstellungen
keine bestimmten Drehzahlen zugeordnet sind. Einerseits soll die Dampf- und somit
Wärmezufuhr so langsam und stetig gesteigert werden, daß gefährliche Temperaturunterschiede,
also Dehnungsunterschiede und somit Wärmespannungen und Spieländerungen vermieden
werden; andererseits sollen die wegen Wellenbiege= schwingengen kritischen Drehzahlbereiche
möglichst schnell durchlaufen werden. Die Dampfzufuhr wird beim Hochfahren am schnellsten
und genauesten an der Drehzahl ermessen; Spiehnessungen und Temperaturmessungen,
bei bekannten Einrichtungen der eingangs genannten und ähnlicher Art üblich, sind
zu träge und sollten nur zusätzliche, aber nicht alleinige Sicherheitsmaßnahmen
sein. Man pflegt, wenn die Dampfzufuhr beim Hochfahren nicht selbsttätig, sondern
von Hand eingestellt wird, stufenweise hochzufahren, nämlich bestimmte Drehzahlen,
sogenannte Anwärmdrehzahlen, bestimmte Zeiten lang einzuhalten, wobei es von der
Bauart der Turbine abhängt, welche Drehzahl man und wie lange man sie einhält; die
unterste Anwärmdrehzahl (nicht eingerechnet die von der Wellendrehvorrichtung erreichte)
pflegt 10 bis 12 % der Betriebsdrehzahl zu betragen.
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Den Sollverlauf der Drehzahl, mag er nun gestuft oder stetig oder
wie immer auch gestaltet sein, auch bei selbsttätigem Hochfahren genau einzuhalten,
ist Aufgabe der Erfindung. Ihr Grundgedanke ist, die Turbine schon von jener untersten
Anwärmdrehzahl an dem Drehzahlregler zu unterstellen. Die Erfindung besteht darin,
daß der Drehzahlregler einen bis auf die unterste Anwärmdrehzahl herabreichenden
Drehzahlverstellbereich aufweist und daß seine Drehzahlverstellvorrichtung schon
während des Hochfahrens von der Kurvenscheibe auf die jeweilige Solldrehzahl eingestellt
wird.
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Drehzahlregler großen Verstellbereichs sind bekannt; sie haben, da
ja die Fliehkraft mit der Drehzahl quadratisch zun_m",t, eine quadratisch-parabolische
Kennlinie, und zwar dank veränderlicher Härte ihrer Feder, und erreichen diese Veränderlichkeit
der Federhärte durch Änderung der wirksamen Federlänge, z. B. der Federwindungszahl,
oder durch anderes. Das in dieser Beschreibung genannte Ausführungsbeispiel zeigt
einen Regler, der die Änderung der Federhärte durch Änderung der Federkraftrichtung
bewirkt; diese Reglerbauart ist Gegenstand eines anderen, älteren Verschlags und
gehört nicht zum Gegenstand der Erfindung.
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Es gibt bekanntlich zwei Arten von Verfahren und Einrichtungen zum
Anfahren und Hochfahren von Turbinen, nämlich einmal, daß alle Regelventile ganz
offen sind und das Schnellschlußventil anfangs geschlossen isst und allmählich geöffnet
wird, und zum anderen, daß das Schnellschlußvantil sofort ganz geöffnet und von
den Regelventilen nur das Leerlauf-Ventil und nur allmählich geöffnet wird und die
übrigen Regelventile geschlossen gehalten werden. Die Erfindung gehört also zur
zweiten Art.
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Der durch Erfahrung gestaltete Sollverlauf der Drehzahl beim Hochfahren
wird unzulässige Temperaturunterschiede, Werkstoffspannungen und Spielverminderungen
wahrscheinlich nicht entstehen lassen. Es .empfiehlt sich aber, diese, falls sie
doch vorkommen, auf die Hochfahreinrichtung im hemmenden
oder stoppenden
Sinne einwirken zu lassen. Dir, Erfindung sieht daher als nach Bedarf und Belieben
zu treffende Zusatzmaßnahmen vor, daß ein in, nu, sich bekannter Weise vom Spiel
zwischen Läufer und Gehäuse abhängiger Impulsgeber dann, wenn und. solange ein bestimmtes
Mindestspiel unterschritten wird; weitere Bewegung der Kurvenscheibe und somit weitere
Steigerung der Treibmittelzufuhr hemmt oder verhindert und daß ein von Temperaturunterschieden
zwischen ausgewählten Stellen der Turbine und/oder ein von Schwingungen an ausgewählten
Stellen der Turbine abhängiger Impulsgeber, wenn und solange hestmmte Temperaturunterschiede
bzw. bestimmte Schwingungsamplituden Überschritten werden, weitere Bewegung der
Kurvenscheibe und somit weitere Steigerung der Treibmittelzufuhr hemmt oder verhindert.
Solche vom Axialspiel abhängigen selbsttätigen Einrichtungen zur Begrenzung des
Hochfahrtempos ,sind .an sich bekannt; und bekannt ist auch, beim. Hochfahren auf
Temperaturunterschiede und auf Schwingungen zu achten.
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Die Kontrolle des Axialspiels kann vorteilhaft dadurch geschehen,
daß in. an sich bekannter Weise eine Ablauföffnung eines den Drehzahlregler beeinflussenden
Druckflüssigkeitssystems vor einem Bund derTurbinenwelle amTurbinengehäuse angeordnetist
und daß diese Öffnung sich in einem im Turbinengehäuse gleitenden, einerseits durch
eine Feder an den Wellenbund gedrückten und andererseits durch den Druck des Flüssigkeitssystems
beaufschlagten Kolben befindet.
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Der Motor, der die Kurvenscheibe dreht, kann elektrisch oder hydraulisch
oder pneumatisch sein. Bei Verwendung eines elektrischen Motors muß dieser ein in
seiner Geschwindigkeit regelbarer sein. Im übrigen empfiehlt es sich, alle genannten
Motore zeit einem Drehzahlregler auszurüsten, der die Solldrehzahl de% Motors und
damit das Solltempo des Hochfahrens in Abhängigkeit von den auf ihn einwirkenden
Impulsen bestimmt.
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In Fig. 1 ist eh. Ausführungsbeispieleiner Anfahrvorriclltung gemäß
der Erfindung dargestellt. Sie hat einen Drehzahlregler, der gebildet wird von einer
Freistrahlgxecke 1, dem Steuersystem. 2s der Feder 3 und dem ölkreisel4, der mit
der Drehzahl der Turbine oder in Abhängigkeit von. ihr umläuft. Die Wirkungsweise
ist folgende: Bei sich erhöhender Drehzahl der Turbine erhöht sich auch der Druck
im Krei.se14, der über den Faltenbalg 5 auf das Steuersystem 2 einwirkt, wodurch
der Freistrahl infolge Eintauchens Messeas 6 abgelenkt wird und seinen Druck vermindert.
Dieser Druck wirkt über einen nicht dargestellten Stellmotor auf die Regelventile
der Turbine. Es wird sich immer diejenige Drehzahl einstellen, die den Kreiselöldruck
erzeugt} welcher der Feder 3 bei einer der Leerlauf-Dampfmenge entsprechenden Messerstellung
das Gleichgewicht hält.
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Die Feder 3 ist schwenkbar angeordnet, um sowohl eine Änderung der
Federvorspaunung als auch eine Änderung der wirksamen Federsteife vornehmen zu können.
Dies is.t wegen des quadratisch mit der Drehzahl steigenden Kreiselöldruckes erforderlich.
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Auf den Drehzahlregler wirkt der seinen Sollwert in Abhängigkeit von
einem vorgegebenen Zeitplan selbsttätig einstellende Impulsgeber ein. Dieser besteht
bei ein dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Moter 7, der über ein Untersetzungsgetriebe
8 eine NQeke 9 dreht, welehQ über die Zahanstange 10 die Stellung des Schwenkhebels
11 des Drehzahlmeßwerkes verstellt.
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Die Nocke 9 und die Geschwindigkeit des Motors 7 sind auf den vorgegebenen
Zeitplan für das Anfahren der Maschine abgestimmt.
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In Fig.2 ist ein Schaltplan dargestellt für eine Steuereinrichtung
gemäß der Erfindung, bei der außer dem in Abhängigkeit von einem Zeitplan wirksamen
Hauptimpulsgeber ein oder mehrere Nebenimpulsgeber vorgesehen sind.
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Der Drehzahlregler 12 gibt seinen Befehl an den Stellmotor 13 weiter,
der über das Ventil 14 die Dampfzufuhr und damit die Änderungsgeschwindigkeit der
Drehzahl der Turbine 15 bestimmt. Die Drehzahl, mit 16 angedeutet, wirkt
rückführend auf den Drehzahlregler 12 ein. Mit 17 und 18 sind Störungen angedeutet
wie Frischdampfdruck- und -temperatur-und Kondensatordruck und -temperatur-Anderungen.
Parallel dazu können weitere Impulse wie z. B. durch Temperaturunterschiede im Turbinengehäuse
hervorgerufene Spannungen 19 und die Lagerunruhe 20 auf das Drehzahlmeßwerk einwirken.
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Der Hauptimpulsgeber 21, der - nachdem er einmal eingeschaltet ist
- kontinuierlich oder auch schrittweise die Sollwertverstellung des Drehzahlreglers
im Sinne eines Schnellerlaufens beeänflußt, erhält einen Gegenimpuls, der von der
Relativdehnung 22 zwischen. Turbinengehäuse und Läufer abhängt.
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In Fig. 3 ist die bereits in Fig. 1 dargestellte Anfahrvorrichtung
L--11 ergänzt durch einen Nebenimpulsgeber, der durch die Relativdehnung zwischen
Turbinengehäuse und Läufer becinflußt wird. Der Nebenimpulsgeber besteht aus einem
mit dein. Turbinengehäuse verbundenen Zylinder 23, welcher den Fühlkolben 24 aufnimmt,
der durch die Feder 25 gegen den Bund 26 des Turbinenläufers gedrückt wird.
Das über die Blende 27 auftretende Drucköl fließt durch den hohl gebohrten
Fühlstift 28 des Kolbens und tritt durch einen sich zwischen der Absträmdüse 29
und dem Wellenbund 26 bildenden. Ringspalt aus. Bei einer Verschiebung des Wellenbundes
folgt der Kolben mit einer ganz geringen Veränderung der Höhe des Ringspaltes dem
Wellenbund nach, und der sich im Zylinder einstellende Öldruck ist ein Maß für die
relative Lage von Wellenbund und Cnehäuse* Änderungen des Druckes vor der Blonde
27 beeinflussen den Drück im Zylinder praktisch nicht. Die Druckänderungen
im Zylinder 23 ge;-langen zur Einwirkung auf den Faltenbalg 30, der dadurch den
Bremshebel 31 entsprechend der Relativdrehung zwischen. Turbinengehäuse und
Läufer bestätigt. Der Bremshebe131 wirkt auf die Bremsscheibe 32 ein, die mit einem
Fliehkraftreglex 33 verbunden ist. Hierdurch wird. je nach der Gröle der Relativdrehung
die Wirkungsgeschwindigkeit des Hauptimpulsgebers 7-10 bestimmt.
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Für die Nebenimpulsgeber, die in Abhängigkeit von durch Temperaturunterschiede
im Turbinengehäuse auftretenden Spannungen und in Abhängigkeit von der Unruhe der
Maschine wirksam werden, erübrigt sich eine nähere Darstellung und Erläuterung,
da sie als solche bekannt und im Handel zu haben. sind. Die Art der von diesen Nebenimpulsgebern
erzeugten Impulse ist prinzipiell gleichgültig. Sie werden. durch geeignete Einrichtungen
in Drücke umgeformt und wirken beispielsweise über Faltenbälge, welche parallel
zu den von dem Ölkreisel beaufschlagton Faltenbalg 5 des Drehzahlreglers angeordnet
sind,
auf diesen ein. Sie sollten jedoch erst beim Überschreiten bestimmter Impulsgrößen
eingreifen und die Drehzahlzunahme verhindern.
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Selbstverständlieh ist auch der Hauptimpulsgeber 7 nicht an die Verwendung
eines Elektromotors gebunden, sondern für ihn kann auch ein pneumatischer oder hydraulischer
Motor, z. B. ein Pelton-Rad, Verwendung finden. Auch braucht der Motor keine drehenden
Bewegungen auszuführen, sondern er kann z. B. aus einem Schrittrelais bestehen.