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Strömungswächter, vorzugsweise für Da.mpfturbin enan lagen Die Erfindung
betrifft einen Strömungswächter, vorzugsweise für Datnpfturbinenanlagen, insb. zur
Überwachung der Strömungsrichtung und -geschwindigkeit des Dampfes in Anzapf- oder
Entnahmedampfleitungen, wobei das Meßwerk des Strömungswächters in eine Bypaßleitung
eingeschaltet ist, welche parallel zu der Anza.pfarmatur (Schnellschluß- und ggf.
Regelventil) der an die Turbinenstufe a.ngeschlossenen Ansa.pf- oder Entnahmedampfleitung
liegt.
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Bekanntlich gehören zu den Sicherungen gegen Uberdrehzahl auch Vorkehrungen,
die Riickströmung von Dampf aus Anza.pf- oder Entnahmeleitungen zu verhüten. Dies
ist insb. dann notwendig, wenn a.ndere Dampferzeuger oder Turbinen in das Anzapfnetz
einspeisen, oder wenn die Möglichkeit besteht, da.ß Speisewasservorwärmer großen
Wasserinhaltes bei Druckabsenkung ausdampfen. Bei entsprechenden Mengen des hierbei
zurückströmenden Dampfes können die Turbinen trotz abgesperrter Frischdampfzufuhr
auf Überdrehzahl kommen. Während man sich nun bei niedrigen Drücken mit normalen
Rttckschlagklappen begnügt, die lediglich auf die Umkehr der Strömungsrichtung ansprechen,
ist es bei höheren Drücken notwendig, besondere Anzapfarmaturen in Form von Schnellschlußventilen
vorzusehen. In Reihe zu diesen Schnellschlußventilen können noch Regelventile geschaltet
sein. Zur Ansteuerung der Schnellschlußventile sind die vorerwähnten Strömungswächter
erforderlich. Von Ihnen wird verlangt, daß sie bereits bei geringer Unterschreitung
von vorgegebenen Dampfgeschwindigkeiten einen Impuls abgeben, in beiden Dawpfströmungsrichtung
abdichten und darüber hinaus Uberdrucksicher sira. Diese Anforderungen wer den durch
bekannte Strömungswächter, die als Meßwerk und Dichtelement Wellrohre oder Membranen
verwenden, wegen relativ gro-Ber Störanfälligkeit nur ungenügend erfüllt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strömungswächter der
eingangs erwähnten Aufbauform zu schaffen, der bei guter Ansprechempfindlichkeit,
Abdichtung und Überdrucksicherheit in beiden Richtungen robuster als die bisherigen
Strömungswächter auf gebaut und desha.lb hinsichtlich Wartung und Funktionssicherheit
über längere Zeiträume verbessert ist.
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Der Strömungswächter nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß das Meßwerk ein nach Art eines Pendels in einer MeB-kammer zwischen zwei Sitzen
einer Bypaßzu- und -ableitung (Meßleitungen) schwenkbar gelagertes Verschlußstück
aufweist, das in seinen beiden Schwenk-Extremstellungen mit je einer Dichtfläche
in dichtende Anlage mit dem einen oder anderen Sitz bringbar ist, und daß mit dem
Meßwerk ein mit dem Verschlußstück bewegbares, innerhalb des Druckraumes der Meßkammer
angeordnetes berührungslos arbeitendes Geberelement verbunden ist, durch welches
den beiden Extremstellung des Verschlußstückes entsprechende Signale auf einen feststehenden
Empfänger übertragbar sind.
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Ein solcher Strömungswächter ist vorwiegend als strömungsabhängiger
Schaltimpulsgeber für Anzapf- oder Entnatimearmaturen an Dampfturbinen geeignet,
der entweder bei Druckumkehrung oder zu hoher Dampfgeschwindigkeit, d. h. zu großer
Dampfmenge, ein Signal a.uf das Schnellschlußventil gibt. Er wird parallel zu der
Armatur in die Dampfleitung eingebaut und hat als Scha.ltkraft den bei der Armatur
vorhandenen Druckabfall zur Verfügung. Er wirkt somit als Riickschlagklappe mit
hoher Ansprechempftindlichkeit, die durch eine massive, in Strömungsrichtung einen
starken Querschnitt aufweisende Ausbildung des Verschlußstückes keinesfalls beeinträchtigt
wird, vielmehr dient diese Ausbildung zur Verbesserung der Abdichtung und zur Überdrucksicherung.
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Besonders vorteilhaft l,st es in diesem Zusammenhang, wenn an einer
schneidengelagerten Welle des Neßwerks das Verschlußstück über einen klappenartigen,
den Schwenkquerschnitt ausfüllenden Tragarm aufgehängt ist. Das bedingt eine nur
kleine Lagerreibung und ein Ansprechen des Strömungswächters schon auf geringe Druckänderungen.
Der
Tragarm stellt hierbei zusammen mit dem Verschluß stück eine Drehklappe dar, auf
deren gesamte Fläche im Umschwenkzeitpunkt der gesamte statische und dynamische
Druck wirkt.
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Im Ergebnis können die Teile des Strömungswächters somit aus be liebig
gutem Werkstoff und den Dampfzuständen entsprechend stabil ausgeführt werden. Dies
ergibt in Verbindung mit der Tatsache, daß das Verschlußstück mit Tragarm sich zwischen
zwei Sitzen bewegt, eine zuverlässige Dichtung und Überdrucksicherheit in beiden
Dampfrichtungen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Sitze
der Meßleitungen gleichachsig zueinander angeordnet und sind die Dichtflächen des
als massiver Scheibenkörper ausgebildeten Verschlußstückes entsprechend dem Schwenkwinkel
des Meßkörpers zueinander geneigt. Hierdurch wird ein besonders einfacher Aufbau
und Anschluß der Meßleitungen erzielt. Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist
die Meßwerkwelle an ihren beiden Enden je ein Schneidenlager auf und sitzt der Tragarm
mit einer Büchse auf dem zwischen den Schneidenlagern liegenden Wellenteil.
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Für die Ausbildung des Geber-Empfänger-Systems ergeben sich eine Reihe
günstiger Ausführungsmöglichkeiten. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor,
daß das Geberelement ein Dauermagnet ist, der auf einer axialen Verlängerung der
Meßwerkwelle sitzt, von einer am Wächtergehäuse befestigten, unmagnetischen Dichtkappe
abgedeckt ist und dem ein gleichachsig zur Meßwerkwelle auf einer Schaltwelle drehbar
gelagerter Gegenmagnet gegenübersteht, von dessen Schaltwelle ein Schaltelement
betätigbar ist. Hierbei ist zweckmäßig die Schaltwelle spitzengelagert.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie ihre Wirkungsweise
werden im folgenden anhand der mehrere Ausfahrungsbeispiele darstellenden Zeichnung
erläutert, in welcher zeigen: Fig. 1 in einem Schaltbild den hier interessierenden
Ausschnitt einer Dampfturbinenanlage mit eingeschaltetem Strömungswächter;
Fig.
2 den Strömungswächter im Aufriß zum Teil im Schnitt längs der Linie II-II a.us
Fig. 3; Fig. 2a eine Außenansicht des Schnittes na.ch Fig. 2; Fig. 3 den Gegenstand
nach Fig. 2, 2a in einem Seitenriß-Schnitt längs der Linie III-III a.us Fig. 2.
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Fig. 4 in Auf- und Seitenriß eine andere Ausführungsform des Meßkörpers.
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Gemäß Fig. 1 dient der Strömungswächter S zur Überwachung der Strömungsrichtung
und -geschwindigkeit des Dampfes in der Anza.pf- oder Entnahmedampfleitung 11, welche
an eine zwischen Zuströmung 12 und Abströmung 13 der Dampfturbine T liegende Stufe
e angeschlossen ist. Der Dampf gelangt über das Ventil V1 über die schon erwähnte
Leitung 12 zu den Stufen der Dampfturbine; die Dampfabströmleitung 13 führt zu einem
Kondensator oder einer weiteren, nachgeschalteten Turbinenstufe (nicht dargestellt).
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Von der Turbine T wird der mit der Welle 1 gekuppelte elektrische
Generator G angetrieben. V2 ist ein Anzapf- oder Entnahme-Schnell schlußventil mit
Servomotor 2, das den von Leitung 11 kommenden Dampf über Leitung 14 zu einem Speisewaaeervorwärmer
oder einer Prozeßdampf bzw. Heizdampf benötigenden Anlage weiterleitet.
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Der Druck in Entnahmesystemen ist geregelt, in Anzapfsystemen ungeregelt.
Wenn im Folgenden lediglich von Anzapfleitungen, Anzapfventilen usw. die Rede ist,
so nur zur Vereinfa.chung; Entnahmesysteme sind darin eingeschlossen. Der Strömungswächter
S ist über eine Bypaßzuleitung 15 und eine Bypaßleitung 16 - im Folgenden als Meßleitungen
bezeichnet - der Anzapfarmatur V2 parallel geschaltet; an ihm liegt somit die Druckdifferenz
der Anzapfarmatur V2. 17, 18 sind Entwässerungsleitungen des Strömungswächters S,
die, wie weiter unten noch erläutert, an die Meßleitungen 15, 16 angeschlossen sind.
Vom Strömungswächter S führt eine Signalleitung 10b über einen Signalauswerter und
Verstärker A zum Servomotor 2 der Anzapfa.rma.tur V2.
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Wie insb. Fig. 2 und 3 zeigen, weist das Meßwerk M ein nach Art eines
Pendels in einer Meßkammer 3 zwischen zwei Sitzen, 4, 5 der Meßleitungen schwenkbar
gelagertes Verschlußstück 6 auf, das in seinen beiden Schwenkextremstellungen I
(a.usgezogen da.rgestellt) und II (strichpunktiert dargestellt) mit je einer Dichtfläche
7 bzw. 8 in dichtende Anlage mit dem einen Sitz 4 oder dem anderen Sitz 5 bringbar
ist. Mit dem Meßwerk M ist weiterhin ein mit dem Verschlußstück 6 bewegbares, innerhalb
des Druckraumes der Meßkammer 3 angeordnetes und berührungslos arbeitendes Geberelement
9 verbunden, durch welches den beiden Extremstellungen I, II entsprechende Signale
auf einen feststehenden Empfänger 10 übertragbar sind. An einer schneiden-gelagerten
Welle 11 des Meßwerks M ist das Verschlußstück 6 über einen klappenartigen, den
Schwenkquerschnitt ausfüllenden Tragarm 12 aufgehängt. Die Meßwerkwelle 11 weist
an ihren beiden Enden je ein Schneidenlager 13a, 13b auf, jeweils bestehend aus
einer in die Welle 11 eingelassenen Hartmeta.llschneide 14 und einem Lagerkörper
15, der mit einer nicht ersichtlichen Kerbe versehen ist und gleichfalls aus einem
harten, a.briebfesten Ma.teria.l, z. B. Rartmetall, Sinterkeramik o. dgl. besteht.
Der Lagerkörper 15 des Schneidenlagers 13a ist als Büchse ausgeführt, die in eine
Bohrung 16 des Gehäuses 17 axial zur Welle 11 justierbar eingefügt ist, wobei die
Bohrung 16 durch einen Abschlußdeckel 18 nach außen abgedichtet ist. Der gleichfalls
als Büchse ausgeführte Lagerkörper 15 des rechten Schneidenlagers 13b kann ebenso
in die Gehäusebohrung 16 einfügbar, insb. einschraubbar sein, er kann jedoch auch
wie dargestellt, an einer Außenfläche 17a des Gehäuses 17 befestigt sein. Der Tragarm
12 sitzt mit einer Büchse 18 auf dem zwischen den Schneidenlagern 13a, 13b liegenden
Wellenteil lis. Die Büchse 18 ist mit einer Iadenschraube 18a an der Welle 11 festgespannt.
Durch die von der Schraube 110 abdichtbar verschließbare Bohrung 111 ist die Madenschraube
18a von außen zugänglich. Der Tragarm 12 ist als elastisches Blech mit Versteifungsrippen
12a auf seinen beiden Seiten ausgeführt.
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Die Sitze 4, 5 sind gleichachsig zueinander angeordnet, und die Dlchtfíaehe
7, 8 dea als massiver Scheibenkörper ausgebildeten
Verschlußstückes
6 sind entsprechend dem Schwenkwinkel cs des Meßkörpers M zueinander gleichfalls
um den Winkels geneigt, so daß sich, wie Fig. 2 zeigt, in beiden Extremstellung
I, II eine satte, dichtende Anlage der Dichtflächen 7, 8 an den Sitzen 4, 5 ergibt.
Die Sitze 4, 5 können, wie dargestellt, mit den Flanschen 4a, 5a der Meßleitungen
15, 16 aus einem Stück gefertigt oder aber als getrennte Buchsen mit Bund von den
Flanschen gehalten sein. Der Tragarm 12 ist von einer schematisch angedeuteten Rückstellfeder
19 belastet, deren Vorspannung durch eine in einer Gehäusewand 17b gelagerte Stellschraube
20 einstellbar ist, wobei die Stellschraubendurchführung 20a von einer Dichtka.ppe
21 na.ch außen abgedichtet ist. Die Lage der Stellschraube 20 ist durch eine Kontermutter
20b absicherbar. Die Stellschraube 20 ermöglicht die Einstellung des Schaltdifferenzdruckes.
Die Elemente 19 bis 21 können dann entfallen, wenn eine genaue Einhaltung des Schaltdifferenzdruckes
nicht erforderlich ist.
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Als Geberelement 9 dient ein Dauermagnet, der auf einer axialen Verlängerung
11b der Meßwerkwelle 11 sitzt und von einer m Wächtergehäuse 17 befestigten Dichtkappe
22 abgedeckt ist. Der Da.uermagnet hat insb. Stabform und eine Zentralbohrung 23,
mit der er auf das Wellenende 11b aufgeschoben ist. Gleichachsig zur Meßwerkwelle
11 ist die Schaltwelle 24 an den Spitzenlagern 25 drehbar gelagert, wobei das äußere
Spitzenlager von einem U-förmigen, am Gehäuse 17 justierbar befestigten Tragwinkel
250 getragen ist.
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Auf einer topf- oder gabelartigen Verlängerung 24a der Schaltwelle
24 sitzt das Joch 251 eines Gegenmagneten, ebenfalls mit 2 ausgeprägten, nicht näher
ersichtlichen Polen, die den Dauermagnetpolen des Geberelementes 9 an dessen äußeren
Umfang gegenüberstehen unter Zwischenschaltung der ringförmigen Luftspalte 26 am
inneren- und äußeren Umfange der Dichtkappe 22, die demgemäß aus unmagnetischem
Material besteht. Das Schaltelement 10 ist als elektrischer oder hydraulischer Endschalter
ausgeführt mit einem Schaltstößel 10a, der durch einen Nocken 24b der Schaltwelle
24 bei Drehung letzterer betätigbar ist. Durch den Endachalter 10 werden bei Axialverschiebung
des Stößels 10a elektrische Kontakte geöffnet und/oder geschlossen oder ein Schieber
umgesteuert'und
ein entsprechendes Signal gelangt über die Signalleitungen
10b zur Auswerteeinrichtung A (Fig. 1). Der Endschalter 10 ist mittels eines Tragarmes
10c am Gehäuse 17 befestigt.
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Bei hoher Dampffeuchte des durch die Meßleitungen 15, 16 zu- bzw.
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abströmenden Dampfes ist es zweckmäßig, den Strömungswächter mit einer
Entwässemgseinrichtung E zu versehen. Hierzu ist die Meßkammer 5 an einer zwischen
den Sitzen 4, 5 und unterhalb des VerschluBstUck-Schwenkbereiches, d. h. geodätisch
m tiefsten, liegenden Stelle mit einem Wassersammelraum 26 versehen, von welchem
durch den Kammerboden 17c ein Entwässerungska.nal 27 zu einem Rückschlagventil 28
führt. Dieses ist innerhalb eines gesonderten Gehäuses 28a angeordnet und mit den
schon erwähnten beiden Leitungen 17, 18 versehen. Leitung 17 ist an die Meßleitung
15 und die Leitung 18 an die Meßleitung l6 angeschlossen. Das Rückschlagventil 28
gibt nun von den Ablaufkanälen k1, der zu Leitung 17 führt, und k2, der zu Leitung
1a führt, denjenigen frei, welcher in die vom Verschlußstilck 6 gerade nicht abgeschlossene
Meßleitung mündet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß der
Meßdruck p7 in Meßleitung 15 kleiner ist als der Meßdruck p2 in Meßleitung 16, wodurch
Sitz 4 abgedeckt ist und das Rückschlagventil 28 die Meßkammer 3 über Kanal k2 und
Leitung 18 mit Meßleitung 16 verbindet. Hierzu ist ein an sich bekanntes Kugelrückschlagventil
benutzt mit einem Kugelkörper 28b, der druckabhängig den einen oder anderen Ableitkanal
k1 bzw.
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k2 abdeckt. Die beschriebene Entwäs serungs einrichtung E ermöglicht,
daß trotz wirksamer Entwässerung ein Kurzschluß der Dampfströmung über den Strömungswächter
unter Umgehung der Anzapfarmatur V2 nicht erfolgen kann. Die Wirkungsweise des Strömungswächters
ergibt sich wie folgt: Bei normaler Strömungerichtung und Strömungsgeschwindigkeit
ergibt sich am Strömungswächter ein Drtxkgefälle, gemäß Pfeilen 29, d. h. der statische
und dynamische Druck pl ist größer as der statische und dynamische Druck p2, so
daß das Verschlußstück 6 in die Stellung II verschwenkt und mit seiner Dichtfläche
8 gegen den Sitz 5 gepreßt wird. Stagniert die Da.mpfetrömung über die Anzapfarmatur
V2
oder kehrt sich die Strömungsrichtung des Dampfes um, so wird das Verschlußstück
6 in die Stellung I verschwenKt und damit gegen den Sitz 4 mit seiner Dichtfläche
7 gepreßt.
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Die Schaltwelle 24 ma.cht die Drehbewegung der Welle 11 aufgrund der
magnetischen'Kopplung zwischen Dauermagnet 9 und Gegenmagnet 25 mit und betätigt
mit dem Nocken 24b den Endschalter 10 in dem Sinne, daß ein Auslösesignal über die
Auswerteeinrichtung A auf den Servomotor 2 der Anea.pfa.rma.tur.gegeben wird, d.
h. da.s Anzapfschnellschlußventil wird geschlossen. - Anstelle des elektrischen
Endschalters 10 könnte auch ein kleiner hydraulischer Schalter mit kleiner Schaltkraft
verwendet werden. Auch das Geber-Empfänger-System kann im Rahmen der Erfindung abgewandelt
werden: so ka.nn, wenn das Geber-Empfänger-System hinreichend dampfunempfindlich
ausführbar ist, wie in Fig. 2 gestrichelt angedeutet, das Geberelement ein an dem
Meßwerk M befestigter Dauermagnet 9' sein, dem ein innerhalb der Meßka.mmer 3 befestigter
Schutzrohrkontakt 10 gegenübersteht, wobei die Zuleitungen 10b' des Schutzrohrkontaktes
10' durch das Meßkammergehäuse 17 dichtend nach außen hindurchgeführt sind. Unter
der gleichen Voraussetzung könnte auch ein induktives oder kapazitives Geber-Empfänger-System
verwendet sein, insb. ein mit dem Meßwerk M bewegbarer Spulenkern, durch dessen
Annäherung bzw. Entfernung bezüglich einer innerhalb der Meßkammer 3 feststehend
angeordneten Spule deren Induktivität veränderbar ist (nicht dargestellt) Hierbei
wären die Spulen Zuleitungen sinngemäß durch das Meßkammergehäuse 17 dichtend nach
außen hindurchzuführen.
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Die gesonderte einstellbare Rückstellfeder -19 mit seitlicher Abheckklappe
21 kann zur Platzersparnis ersetzt werden durch einen Tragarm 12, der als schneidengelagerte,
totpunktfederbela.stete Wippe 12 ausgeführt ist (Fig. 4). Dies hat den Vorteil einer
aksentuierten Schaltbewegung. Damit die Klappen funktion des Tragarmes 12 hierbei
erhalten bleibt, ist zweckmäßig ein zwischen zwei äußeren Wippenschenkeln 120 angeordneter
Bewegungsausschnitt 121 für die Totpunktfeder 122 durch eine biegeweiche, die Federbewegung
nicht behindernde Membrane 123 zu überbrücken.
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123 sind in Fig. 4 die gehäusefesten Schneidenlager der Wippe 12.
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13 Ansprüche 4 Figuren