DE2429206C2

DE2429206C2 - Einrichtung zur Regelung des Sperrdampfes an Stopfbüchsen

Info

Publication number: DE2429206C2
Application number: DE2429206A
Authority: DE
Inventors: Pierre Neuenhof Meylan
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1974-05-22
Filing date: 1974-06-18
Publication date: 1983-05-05
Also published as: ES437796A1; DE7420766U; DE2429206A1; FR2272261B1; PL104607B1; US3959973A; CH572175A5; FR2272261A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung :*.ur Regelung des Sperrdampfes an Stopfbüchsen für Dampfturbinen, während des Anfahrens derselben, die mit einer Sperrdampfzufuhr und einem Leckdampfabfluß ausgerüstet sind, wobei in der Zufuhrleitung ein Steuerventil mit einem regelbaren Bypaß zu einem Kondensator und in der Abflußleitung eine Absaugpumpe angeordnet ist.

Bei kurzzeitiger Stillsetzung von Dampfturbinen bleibt die Welle wegen der relativ großen thermischen Trägheit nahezu auf Betriebstemperatur. Dagegen kühlen die Leitungen und Armaturen der Stopfbüchsen rasch ab, da deren Speicherfähigkeit wegen der geringen Massen und der bevorzugten Leichtbauweise eine geringe 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 Spanr.ungsspitzcn, die die zulässige Spannung überschreiten.

Zur Lösung dieser Probleme wurde bereits ein System vorgeschlagen, welches ein Eindringen von Wasser in das Stopfbüchsensystem vermeiden soll Dazu wurde ein regelbares Bypaß-Ventil mit einer Kondensat-Absperreinrichtung zwischen der Kondensatorieitung und dem Sperrdampfsystem angeordnet (FR-PS 9 26 802).

Bei dieser Anordnung weist der Bypaß eine Blende auf, wodurch Dauervorluste entstehen und das Eindringen von Naßdampf in die Stopfbüchsen nicht verhindert werden kann.

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 gekennzeichnet, daß das Steuerventil einen Ein- und Austritt für die Zufuhrleitung und einen Auslaß zum Bypaß aufweist wobei der Auslaß mit dem Austritt der Zufuhrleitung von einem Ventilteller mit zwei Ventilsitzen gesteuert wird, und der Ventilteller seinerseits starr mit einem Antrieb verbunden ist, dessen Betätigung von einer Temperatur-Meß-Sonde temperaturabhängig automatisch gesteuert wird, und zwar derart daß im Betriebszustand der Dampfturbine der Ventilsitz zur Labyrinthbüchse geöffnet ist und während des Anfahrens dieser Ventilsitz abgeschlossen, jedoch der Ventilsitz zum Bypaß geöffnet ist

Daraus ergibt sich, daß beim Anfahren der Dampfturbine 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 Meschint 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 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 eine automatische Anpassung des Ventiles an den jeweiligen Dampfzustand des Sperrdampfes gewährleistet, so daß eine Fernsteuerung oder Überwachung 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 Dampfturbine mit genügender Sicherheil 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 Öffnen des Ventiles führt, wenn aus dem 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, F i g. 2 ein Steuerventil zum Regel-Schema. Für einander entsprechende Teile wurden in den Figuren gleiche Dezugsziffem 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 Γ in die Sperrdampfkammer 7. Die Labyrinthstopfbüchse 5 ist im Turbinengehäuse 12 vorgesehen, wobei die Labyrinthe in bekannter Weise aus wechselweise in der Welle 11 und den Gehäusehälften des Turbinengehäuses 12 eingesetzten Lamellen 6 gebildet sind.

Bei der kurzzeitigen Außerbetriebsetzung der Anlage bleibt die Welle 11 im Vergleich zu den Zufuhrleitungen 1, Γ relativ heiß. Das heißt, die Leitungsteiie werden in kürzester Zeit soweit abkühlen, daß beim nacnfolgenden Wiederanfahren zwischen dem in die Sperrdampfkammer 7 eingespeisten Dampf und der Oberfläche der Welle 11 und der Labyrinthbüchse 5 eine beträchtliche Temperaturdifferenz auftritt.

Obwohl diese Temperaturdifferenz durchschnittlich nur innerhalb kurzer Zeitspanne, max. 5 Sekunden, wirksam wird, kann es, wie einleitend gesagt, in der Oberflächenzone der Welle 11 zu über die zulässige Spannung oder die Streckgrenze des Materials hinausgehende Spannungsspitzen kommen. Diese werden wegen der konstruktiven Randbedingungen in der Stopfbüchsenzone der Welle 11 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 11 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 1, Γ herangeführten abgekühlten nassen Sperrdampf in den Bypaß 3 zum Kondensator 4 ableitet. Erst nachdem die Dampftemperatur im Steuerventil 2 selbst mit der Oberflächentemperatur an der Welle 11 annähernd übereinstimmt, öffnet das Steuerventil 2 die Zufuhrleitung Γ und läßt Sperrdampf in die Sperrdampfkammer 7 einströmen. Über die durch die Lamellen 6 gebildeten Labyrinthe gelangt L.eckagedampf in die Absaugekammer 8, von wo er mit der sich zumischenden Leckluft über die Absaugepumpe 9 und die Absaugleitung 10 abgeführt wird.

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

Die exakte Steuerung des Steuerventils kann entweder automatisch erfolgen (Fig.2) oder wie in F i g. 1 angedeutet, durch eine an der Welle 11 vorgesehene Temperaturmeßsonde 13 das Steuerventil 2 beeinflussen. Eine elektrische Verbindung 14 zwischen

ίο 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 F i g. 2 ist ein automatisches Steuerventil 2 gezeigt bei dem der Zustand des Sperrdampfes im Vergleich zum Stand eines Vergleichsdampfes in einem Balg die Steuerung bestimmt

Das Steuerventil 2 ist in einem rohrförmigen Gehäuse

16 untergebracht, an dem eine Büchse 17 mit je einem Ventilsitz 18,19 an den Enden befestig ist In die Büchse

17 ist ein Ventil mit einem oberen 20 ur-d unteren 2i 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

.τι 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 diesevn und vorher durch die Durchtritte 25 in die Zufuhrleitung 1' gelangt. Gesteuert wird das Steuerventil 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 Wassermtnge derart bemessen wird, daß bei ca. 170°C im Inneren Sattdampfdruck erreicht wird und beim weiteren Temperaturanstieg der Dampf im Balg 27 überhitzt wird.

4j Daraus ergibt sich, nach Erreichen des Satidampfzustandes, 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 angeliefert wird, und die Restfeuchte in der kurzen Zufuhrleitung Γ eine erneute Abkühlung bzw. Feuchtezunahme nicht mehr bewirken kann.

Es hat sich auch als zweckmäßig erwiesen, den oberen

" VentilK.Ibr 20 mit einer Feder 30 zu belasten, die in einfacher Weise zwischen der Abstützung der Büchse 17 am Gehäuse 16 u.id dem unteren Ventilteller 21 eingesetzt werden kann. Durch diese Feder 30 wird der Balg 27 in kaltem Zustand vorgespannt und baut bereits

w einen zur Vorspannkraft proportionalen Druck auf.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 10

1. Einrichtung zur Regelung des Sperrdampfes an Stopfbuchsen für Dampfturbinen, während des Anfahrens derselben, die mit einer Sperrdampfzufuhr und einem Leckdampfabfluß ausgerüstet sind, wobei in der Zufuhrleitung ein Steuerventil mit einem regelbaren Bypaß zu einem Kondensator und in der Abflußleitung eine Absaugpumpe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (2) einen Ein- (31) und Austritt (32) für die Zufuhrleitung (1, V) und einen Auslaß (33) zum Bypaß (3) aufweist, wobei der Auslaß (33) mit dem Austritt (32) der Zufuhrleitung (Γ) 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 Temperaturmeßsonde (13) temperaturabhängig automatisch gesteuert wird, und zwar derart, daß im Betriebszustand de« Dampfturbine der Ventilsitz (19) zur Labyrinthbüchsc (5) geöffnet ;st und während des Anfahrens dieser Ventilsitz (19) abgeschlossen, jedoch der Ventilsitz (18) rum Bypaß (3) geöffnet ist

Z 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 (31) des Steuerventiles (2) vom Sperrdampf umspült angeordnet ist

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, chß Flüssigkeit (28) im Inneren des Balges (27) Wasser ist, deren Men^e derart bemessen ist, daß bei der mittleren Betriebstemperatur der Dampfkraftanlage ein überhitzter Dampf gebildet wird, wobei die Volumenändtrung des Öffnens des Ventiltellers (20) zum Austritt (32) der Zufuhrleitung (V) der Labyrinth-Stopfbüchse(5)bewirkt.

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