DE2429206A1

DE2429206A1 - Einrichtung zur regelung des sperrdampfes an stopfbuechsen

Info

Publication number: DE2429206A1
Application number: DE2429206A
Authority: DE
Inventors: Pierre Meylan
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1974-05-22
Filing date: 1974-06-18
Publication date: 1975-12-11
Also published as: DE7420766U; ES437796A1; FR2272261B1; PL104607B1; CH572175A5; FR2272261A1; DE2429206C2; US3959973A

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Einrichtung zur Regelung des Sperrdampfes an Stopfbüchsen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung des Sperrdampfes an Stopfbüchsen für Dampfkraftmaschinen, insbesondere Dampfturbinen, die mit einer Sperrdampfzufuhr und einem Lechdampfabfluss ausgerüstet sind, wobei in der Zufuhrleitung ein Steuerventil und in der Abflussleitung eine Absaugepumpe angeordnet ist.

Bei kurzzeitiger Stillsetzung von Dampfkraftmaschinen, insbesondere von Dampfturbinen, bleibt die Welle wegen der relativ grossen thermischen Trägheit nahezu auf Betriebstemperatur.

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Dagegen kühlen die Leitungen und Armaturen der Stopfbüchsen rasch ab, da deren Speicherfähigkeit wegen der geringen Massen und der bevorzugten Leichtbauweise eine minime thermische Trägheit mit sich bringen.

Beim Wiederanfahren der Maschine wird der als Sperrdampf verwendete Frischdampf oder zwischenüberhitzte Dampf an den Leitungen und Hilfsgeräten abgekühlt und gelangt bereits als nasser Dampf zur Stopfbüchse. Dort kommt der Nassdampf mit der wärmeren Welle unter einer grossen Temperaturdifferenz in Berührung, wobei erhebliche thermische Spannungen in der Oberflächenzone auftreten. Zusammen mit den Kerben in der Randzone der Welle, für die darin eingesetzten Lamellen, ergeben sich stellenweise Spannungsspitzen, die die zulässige Spannung überschreiten.

Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe darin zu sehen ist, diese Spannungen in der Randzone der Welle, insbesondere an der Stopfbüchse zu vermeiden, so dass die Temperaturdifferenz nur noch geringen Einfluss auf die Spannungsverteilung ausübt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch ausgezeichnet, dass das Steuerventil neben dem Ein- und Austritt für die Zuführleitung einen Austritt für einen Bypass zu einem

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Kondensator der Maschinenanlage aufweist, der zusammen mit dem Austritt der Zufuhrleitung ,von einem Ventilteller gesteuert wird, der starr mit einem teilweise mit Flüssigkeit gefüllten dicht verschlossenen, elastischen Balg ver- . bunden ist, wobei der temperaturabhängig automatisch gesteuerte Balg den Ventilteller im Betriebszustand der Dampfkraftmaschine den Austritt zum Bypass und während des kalten Zustandes, insbesondere beim Anfahren der Dampfkraftmaschine den Austritt zur Zufuhrleitung der Stopfbüchse abschliesst.

Daraus ergibt sich, dass beim Anfahren der Dampfkraftmaschine kein nasser Dampf in die Stopfbüchse gelangen kann, denn das automatisch gesteuerte Ventil öffnet die Zufuhrleitung erst bei Erreichen eines trockenen oder überhitzten Zustandes des Sperrdampfes. Damit wird beim Wiederanfahren nach kurzzeitigem Betriebsunterbruch ein Thermoschock an der Welle vermieden, und die Gefahr der Rissbildung an der Oberfläche weitestgehend eliminiert.

Beim Anfahren der Maschine aus kaltem Zustand wird der Sperrdampf erst nach Erreichen des trockenen Zustandes in die Stopfbüchse geführt, so dass die dabei vorhandene Temperaturdifferenz zwischen Welle, Stopfbüchse und Sperrdampf . kaum einwirken kann.· Denn durch den wesentlichen geringeren

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Wärmeübergangskoeffizienten von trockenem oder überhitztem Dampf gegenüber Nassdampf, wird eine plötzliche Aufheizung der Oberfläche der Welle oder anderer Bauteile ausgeschlossen. Aufgrund der temperaturabhängigen Steuerung des Ventils ist auch automatische Anpassung des Ventiles an den jeweiligen Dampfzustand des Sperrdampfes gewährleistet, so dass eine Fernsteuerung oder Ueberwachung entfallen kann.

Das Ventil selbst bietet den Vorzug, keine Betätigungsmechanik oder Steuereinrichtung aufzuweisen, da der mit der Flüssigkeit teilweise gefüllte Balg aufgrund des beim Aufheizen entstehenden Druckes gedehnt wird und ab einer vorausbestimmbaren Dehnung die Bypassleitung und die Sperrdampfzufuhr * öffnet.

Vorteilhafterweise ist der Balg mit jener Wassermenge gefüllt, die bei Betriebstemperatur der Dampfkraftmaschine mit genügender Sicherheit im überhitzten Bereich liegt.

Daraus ergibt sich der Vorteil, dass ab einer bestimmten Temperatur der Anstieg des Druckes im Inneren des Balges nicht mehr entlang der Sättigungslinie verläuft, sondern nur eine geringe Druckzunahme pro Temperaturzunahme erreicht, die erst dann zum Oeffnen des Ventiles führt, wenn aus dem

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Sperrdampf der Stopfbüchse, aber auch aus den Leitungen zu dieser, jegliche Feuchte entfernt worden ist, und die effektive Dampftemperatur nahezu mit der Temperatur an der Oberfläche der Welle übereinstimmt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung eines Anführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Ein Regel-Schema der Stopfbüchse Fig. 2 Ein Steuerventil zum Regel-Schema

Für einander entsprechende Teile wurden in den Figuren gleiche Bezugsziffern eingesetzt.

Der Sperrdampf für die Stopfbüchse wird während des Anfahrens der Anlage über die Zufuhrleitung 1 an das Steuerventil 2 herangebracht und gelangt bei geöffnetem Ventilteller über die Zufuhrleitung 1' in die Sperrdampfkammer 7. Die Labyrinthstopfbüchse 5 ist im Turbinengehäuse 12 vorgesehen, wobei die Labyrinthe in bekannter Weise aus wechselweise in der Welle und den Gehäusehälften 12 eingesetzten Lamellen 6 gebildet

Bei einer kurzzeitigen Ausserbetriebssetzung der Anlage bleibt die Welle 11 im Vergleich zu den Zufuhrleitungen 1 relativ heiss. D.h., die Leitungsteile werden in kürzester Zeit soweit abkühlen, dass beim nachfolgenden Wiederanfahren

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zwischen dem in die Sperrdampfkammer 7 eingespeisten Dampf und der Oberfläche der Welle 11 und des Gehäuses 5 eine beträchtliche Temperaturdifferenz auftritt.

Obwohl diese Temperaturdifferenz durchschnittlich nur innerhalb kurzer Zeitspannen, max. 5 Sekunden, wirksam wird, kann es wie einleitend gesagt in der Oberflächenzone der Welle 11 zu über die zulässige Spannung oder die Streckengrenze des Materials hinausgehende Spannungsspitzen kommen. Diese werden wegen der konstruktiven Randbedingungen in Stopfbiichsenzone der Welle besonders wirksam, da jede in die Welle 11 eingesetzte Lamelle 6 eine Kerbe bildet. Daraus können bei auftreten eines thermischen Schocks Rissbildungen entstehen, die zu einem Bruch der Welle führen können.

Durch den Einsatz der Erfindung ist diese Erscheinung vollständig vermeidbar, da das nahe an die Sperrdampfkammer 7 herangerückte Steuerventil 2, den aufgrund der kalten Leitungen herangeführten abgekühlten nassen Sperrdampf in den Bypass zum Kondensator 4 ableitet. Erst nachdem die Dampftemperatur im Steuerventil 1 selbst mit der Oberflächentemperatur an der Welle 11 annähernd übereinstimmt, öffnet das Ventil 2 die Zufuhrleitung I¹ und lässt Sperrdampf in die Sperrdampfkammer 7 einströmen. Ueber die durch die Lamellen 6 gebildeten Labyrinthe gelangt Leckagedampf in die Absaugekammer 8, von wo er mit der sich zumischenden Leckluft über die Absaugepumpe 9 und den Abfluss 10 abgeführt wird.

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Nach Abschluss des Anfahrvorganges, also bei Erreichen des vollen Betriebszustandes, wird der Sperrdampf nicht mehr über die Zufuhrleitung 1 in die Sperrdampfkammer 7 strömen, sondern aus dieser wird, entsprechend dem aufgebauten Druckunterschied „aus der Sperrdampfkammer 7 in das Ventil 2 und weiter in die Zufuhrleitung 1 strömen. D.h., die Durchströmungsrichtung wird umgekehrt, wie durch die gestrichelten Pfeile angedeutet ist. Die Absaugeleitung 10 bleibt dagegen in der geschilderten Art wirksam.

Die exakte Steuerung des Steuerventils kann entweder automatisch erfolgen (Fig.2) oder wie in Pig.l angedeutet, durch eine an der Welle 11 vorgesehene Temperaturmesssonde 13 das Ventil 2 beeinflussen. Eine elektrische Verbindung 14 zwischen Sonde 13 und Antrieb 15 ist vom Fachmann ohne weiteres herstellbar und braucht deshalb, nicht beschrieben zu werden. Es ist jedoch auch denkbar, den Antrieb über ein Zeitrelais zu betätigen, das erst nach einer einstellbaren Betriebszeit, z.B. 5 Minuten, anspricht,oder den Betätigungsimpuls abgibt.

In Fig. 2 ist ein automatisches Steuerventil 2 gezeigt, bei dem der Zustand des Sperrdampfes im Vergleich zum Zustand eines Vergleichsdampfes in einem Balg die Steuerung bestimmt.

Das Ventil 2 ist in einem rohrförmigen Gehäuse 16 untergebracht, an dem eine Büchse 17 mit je einem Ventilsitz 18,

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an den Enden befestigt ist. In die Büchse 17 ist ein Ventil mit einem oberen 20 und unteren 21 Ventilteller eingesetzt. Der obere Ventilteller 20 ist am Gehäuse 16 über Gleitpratzen 22 geführt.

Der untere Ventilteller 21 ist am Aussenumfang 24 im Gehäuse 16 geführt und weist am Schaft 23 Durchtritte 25 für den Sperrdampf auf. Der Ventilsitz 18 liegt radial ausserhalb der Durchtritte 25. Bei geschlossenem Ventilsitz 18 wird der Raum 26 und damit der Bypass 3 abgesperrt. Gleichzeitig ist der Ventilsitz 19 am oberen Ventilteller 20 geöffnet, so dass der Sperrdampf über diesen und vorher durch die Durchtritte 25 in die Zufuhrleitung I¹ gelangt. Gesteuert wird das Ventil 2 bzw. die Ventilsitze 18, 19 durch den Balg 27, der über eine Abstützung 29 am Gehäuse 16 starr befestigt ist und auch mit dem Schaft 23 fest verbunden ist. Im Inneren des dampfdicht und druckfest verschlossenen Balges 27 ist eine Flüssigkeit 28 eingeschlossen. Dies kann z.B. Wasser sein, wobei die Wassermenge derart bemessen wird, dass bei ca. I70 C im Inneren Sattdampfdruck erreicht wird und beim weiteren Temperaturanstieg der Dampf im Balg 27 überhitzt wird.

Daraus ergibt sich, nach Erreichen des Sattdampfzustandes, z.B. über 170 C, ein langsamerer Druckanstieg als dem Verlauf der Sättigungslinie entspricht. Diese besondere Ausbildungsform hat den Vorteil, dass der Ventilsitz 19 erst dann geöffnet wird, wenn der Sperrdampf garantiert im trockenen Bereich ange-

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liefert wird, und die Restfeuchte in der kurzen Zufuhrleitung I¹ eine erneute Abkühlung bzw. Feuchtezunahme nicht mehr bewirken kann.

Es hat sich auch als zweckmässig erwiesen, den Ventilteller 20 mit einer Feder 30 zu belasten, die in einfacher Weise zwischen der Abstützung der Büchse 17 am Gehäuse 16 und dem unteren Ventilteller 21 eingesetzt werden kann. Durch diese Feder 30 wird der Balg 27 in kaltem Zustand vorgespannt und baut bereits einen zur Vorspannkraft proportionalen Druck auf.

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Claims

2429208 Patentansprüche

1.) Einrichtung zur Regelung des Sperrdampfes an Stopfbüchsen für Dampfkraftmaschinen, während des Anfahrens derselben, insbesondere für Dampfturbinen, die mit einer Sperrdampfzufuhr und einem Leckdampfabfluss ausgerüstet sind, wobei in der Zufuhrleitung ein Steuerventil und in der Abflussleitung eine Absaugepumpe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (2) neben dem Ein- (31) und Austritt (32) für die Zufuhrleitung (1·) einen Austritt (33) zu einem Bypass (3) für einen Kondensator (4) der Maschinenanlage aufweist, der zusammen mit dem Austritt (32)' der Zufuhrleitung (1) von einem Ventilteller (20,21) mit zwei Ventilsitzen (18,19) gesteuert wird, und der Ventilteller (20,21) seinerseits starr mit einem Antrieb (15) verbunden ist, dessen Betätigung von einer Sonde (12) temperaturabhängig automatisch gesteuert wird und zwar derart, dass im Betriebszustand der Dampfkraftmaschine der Ventilsitz (19) zur Stopfbüchse (5) geöffnet ist und während des Anfahrens dieser Ventilsitz (19) abgeschlossen, jedoch der Ventilsitz (18) zum Bypass (3) geöffnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (15) des Ventiltellers (20,21) ein teilweise mit Flüssigkeit (28) gefüllter, dicht verschlossener, elastischer Balg (27) ist, der am Eintritt (3D des Ventiles (2)

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vom Sperrdampf umspült angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (28) im Inneren des Balges (27) Wasser ist, deren Menge derart bemessen ist, dass bei der mittleren Betriebstemperatur der Dampfkraftanlage ein überhitzter Dampf gebildet wird, wobei die Volumsänderung das Oeffnen des Ventiltellers (20) zum Austritt (19) der Zufuhrleitung (1) der Stopfbüchse (5) bewirkt.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

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