DE338089C - Mit Kondensation arbeitende Dampfturbinenanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mit Kondensation arbeitende Dampfturbinenanlage, wobei zu einer Hauptturbine wenigstens zeitweise eine Zusatzturbine parallel geschaltet ist. Bei solchen an sich bekannten Anlagen wird erreicht, daß die Schaufeln des Niederdruckteils der Hauptturbine, die hinter der Abzweigestelle des Dampfes liegen, verkürzt werden. Es ist aber bei ihnen der Nachteil

ίο vorhanden, daß der Dampf in der Zusatzturbine unwirtschaftlich arbeitet. Der Zweck der Erfindung ist nun, unter Wahrung der bekannten Vorteile den Dampf in der Zusatzturbine ebenso wirtschaftlich arbeiten zu lassen wie in den Niederdruckstufen der Hauptturbine. Nach der Erfindung wird bei über einer gewissen Grenze liegender Belastung der Hauptturbine vor der Leitvorrichtung einer im letzten Drittel ihrer Stufen

ao liegenden Niederdruokstufe Dampf bis zur Hälfte der Gesamtmenge entnommen und ohne Zwischenschaltung einer Mengen-Regelungsvorrichtung der auf Kondensation arbeitenden, wenigstens mit der yjT fachen Umfangsgeschwindigkeit der Hauptturbine laufenden Zusatztunbine zugeführt, so daß die entnommene Dampfimenge im Verhältnis zur Belastung der Hauptturbine ansteigt. Wenn die Hauptturbine wenigstens sechs Druckstufen hat, kann die Anordnung so getroffen werden, daß die Zusatzturbme nicht hinter dem Leitrad der zweitletzten Stufe angeschlossen ist. Es kann die Zusatzturbine zum Antrieb der Kondensationsturbine verwendet werden, wobei die Drehzahl und damit die Förderleistung der Kondensatjonsmaschinen mit über die gewisse Grenze hinaus steigender Belastung der Hauptturbine ansteigt, oder es kann die Zusatzturbine mit einem Zusatzgenerator verbunden sein, wobei die Stromabgabe des Zusatzgenerators mit über die gegebene Grenzleistung hinaus steigender Belastung der Hauptturbine ansteigt.

Die Anlage kann ferner so ausgebildet sein, daß bei unter die vorgeschriebene Grenze sinkender Belastung der Hauptturbine die Zusatzturbine mittels eines von der Entnahmestelle beeinflußten Druckreglers von der Hauptturbine abgeschaltet wird.

Bei der Durchbildung von Dampfturbinen für immer größer werdende Leistung und immer höher werdende Umlaufszahl stößt man auf die Schwierigkeit, in den letzten Stufen Schaufeln anzuordnen, welche das durch große Dampfmenge und hohes Vakuum bedingte große Dampfvolumen mit gutem Wirkungsgrad verarbeiten können, also nicht zu große S chaufel winkel besitzen und nicht zu lang sind. Eine allzu große Länge bringt große Nachteile: Einmal wird der Unterschied zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten am Fuß einerseits und am Schaufelkopf anderseits zu groß, ferner wird bei einem vorgeschriebenen Mittenbestanl der Schaufel die Teilung am Fuß zu eng, am Kopf zu groß, und endlich wird bei einer langen Schaufel und hoher Umfangsgeschwindigkeit die Fliehkraftswirkung zu groß, und es kann eine solche Schaufel vibrieren. Es ist deshalb schon vielfach versucht worden, diesen Übelständen abzuhelfen.

Nach der Erfindung wird bei über einer ge-

wissen Grenze gelegener Belastung der Hauptturbine vor der Leitvorrichtung einer im letzten Drittel ihrer Stufen gelegenen Niederdruckstufe Dampf entnommen und einer auf eine Kondensation arbeitenden Zusatzturbine zugeführt. Infolgedessen haben die hinter dieser Entnahmestelle liegenden Laufräder gegenüber den vorderen Laüfrädern ein um diesen Betrag kleineres Dampfgewicht zu verarbeiten, und-ihre Schaufeln brauchen daher bekanntlich nicht so lang zu sein, als wenn sie für ein dem vollen Dampfgewicht entsprechendes Volumen bestimmt wären. Um bei dieser an sich bekannten Einrichtung die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen und den Dampf in der Zusatzturbine ebenso günstig arbeiten zu lassen wie in den Niederdruckstufen der Hauptturbine, soll die den Niederdruckstufen parallel geschaltete Dampfturbine eine möglichst hohe, gegenüber der Hauptturbine wenigstens die ]/T fache Umfangsgeschwindigkeit erhalten, um ein gutes Verhältnis der Dampf- zur Umfangsgeschwindigkeit und damit einen guten Wirkungsgrad zu erhalten. Gibt man der Zusatzturbine kleinen Durchmesser und hohe Drehzähl und soll die von ihr angetriebene Maschine gewünschtenfalls wiederum niedrigere Drehzahl erhalten, kann ein Über-Setzungsgetriebe eingeschaltet werden.

Falls die Hauptturbine wenigstens sechs Stufen hat, kann die Schaltung so getroffen sein, daß die Dampf entnahme nicht hinter dem Leitrad der zweitletzten Stufe erfolgt, so daß die Zusatzturbine ein Gefälle auszunutzen hat, das wenigstens so groß ist wie das den beiden letzten Stufen zugehörige Gefälle. Die Menge und damit das Volumen des entnommenen Dampfes kann gegenüber der gesamten Dampfmenge deshalb eine beträchtliche werden, weil für eine gewisse Leistung der Zusatzturbine nur ein verhältnismäßig kleines Druckgefälle ausgenutzt wird. Die Entlastung der letzten Stufen ist daher, wie gewünscht, eine erhebliche.

Da bei geringer werdender Belastung der Hauptturbine das in den letzten Stufen zu verarbeitende Druckgefälle sinkt, so sinkt zufolge der Ausschaltung irgendeiner Mengenregelung auch das für die Zusatzturbine zur Verfügung stehende Gefälle und damit ihre Leistungsfähigkeit. Um diesem Sinken eine Grenze zu setzen, kann bei einer unter einer gewissen Grenze liegenden Teillast derHauptturbine die Zusatzturbine von der Hauptturbine ab- und an die Frischdampfleitung angeschlossen werden. Die Umschaltung kann mittels einer von einem Druckregler betätigten Vorrichtung selbsttätig erfolgen. Diese Regelung ist also lediglich eine Grenzregelung und wirkt nicht, solange die Hauptturbine hinreichend belastet ist; sie ist also keine Mengenregelung. Um bei der Hilfsschaltung, ; d. i. bei dem Anschluß an die Frischdampfleitung, einen guten Wirkungsgrad zu sichern, können für diesen besonderen Betriebszustand in der Zusatzturbine besondere Düsen vorgesehen werden.

Damit nun aber der Gesamtwirkungsgrad der Dampfkraftanlage nicht beeinträchtigt werde, muß dafür gesorgt sein, daß der entnommene Dampf in der Zusatzturbine wenigstens mit nahezu so großem Wirkungsgrad arbeite wie der in den letzten Niederdruckstufen arbeitende Dampf. Diese Bedingung wird durch den Erfindungsgegenstand erfüllt.

Es sind schon Dampfanlagen bekannt, in denen einer Hauptturbine eine Hilfsturbine parallel geschaltet ist. Dort handelte es sich aber hauptsächlich darum, die Hilfsturbine in geeigneter Weise mit Dampf zu versorgen. Sie war auch mit einem Geschwindigkeitsbzw, einem Mengenregler ausgestattet. Ausgangspunkt bei jener Neuerung war also die Hilfsturbine, der die Hauptturbine Dampf abtreten mußte. . In vorliegendem Fall wird in erster Linie der Betrieb der Hauptturbine berücksichtigt, welcher die Zusatzturbine entlastungshalber einen Teil des bis zum letzten Drittel der Stufen verarbeiteten Dampfes abnimmt. Dabei wird eine Mengen- und Geschwindigkeitsregelung der Zusatzturbine absichtlich vermieden. Dieselbe erhält mit steigender Belastung der Hauptturbine mehr Dampf und kann deshalb auch mehr leisten. Die dadurch erwachsenden Vorteile werden an Hand der Ausführungsbeispiele besonders erläutert.

Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, und zwar treibt die Zusatzturbine beim ersten, in Fig. 1 dargestellten Beispiel eine zur Kondensationsanlage gehörige Kühlwasserpumpe, beim zweiten, in Fig. 2 dargestellten Beispiel einen Zusatzgenerator an.

Gemäß Fig. 1 ist 1 die Hauptturbine, und zwar eine siebenstufige Freistrahlturbine, welche ihren Dampf durch den Stutzen 2 erhält und den verarbeiteten Dampf durch den Stutzen 3 und das Rohr 4 an den Kondensator abgibt. 5 ist eine Zusatzturbine, welche die Kühlwasserpumpe 6 für einen Oberflächenkondensator antreibt. Bei Vollast der Turbine 1 ist die Zusatzturbine 5 mittels der Rohre 7, 8 vor dem Leitrad der Stufe VI an die Hauptturbine angeschlossen und gibt den verbrauchten Dampf mittels des Rohres 9 an das Abdampfrohr 4 ab. Zwischen die Rohre 7 und 8 ist die Umschaltvorrichtung eingebaut, welche der Hauptsache nach aus dem Druckregler 10 und dem Doppelventil 11 besteht. Wenn bei geringer werdender Belastung der

Hauptturbine ι der Druck hinter dem Laufrad der Stufe V unter ein gewisses Maß sinkt, nimmt auch der Druck in der Leitung 7 und im oberen Teil des Druckreglers 10 ab, welcher mittels des Rohres 12 mit dem Rohr 7 verbunden ist. Die Feder 13 vermag den Kolben 14 und damit das Doppelventil 11 nach oben zu drücken. Damit wird die Verbindung zwischen dem Rohr 7 bzw. dem Raum vor der Stufe VI einerseits und dem Rohr 8 bzw. dem Einlaufkanal 15 der Zusatzturbine 5 anderseits unterbrochen und dafür die Hilfsturbine 5 mittels der Rohre 8 und 16 an die Frischdampfleitung 17 angeschlossen.

Weil im normalen Betrieb zwischen der Hauptturbine 1 und der Zusatzturbine 5 keine Mengenregelung wirkt, erhält letztere mehr Dampf, wenn erstere infolge Mehrbelastung mehr Dampf verarbeitet. Dies ist sehr günstig, weil dadurch ihre Drehzahl und damit die Förderleistung der Pumpe 6 steigt. Die Kondensation erhält mehr Kühlwasser und kann trotz der vergrößerten zuströmenden

, Dampfmenge das erwünschte Vakuum und damit den Wirkungsgrad der Gesamtanlage doch hochhalten oder noch steigern.

Anderseits wird hierbei der Wirkungsgrad bei Teilbelastungen günstiger als bei den bisher bekannten Antriebsarten von Kondensationsmaschinen.

Gemäß Fig. 2 bezeichnet 21 eine siebenstufige Freistrahlturbine im Längsschnitt, welche mittels der Flanschen A mit einer Hauptdynamomaschine B gekuppelt ist, von welcher man nur das linke Ende sieht. Die Turbine 21 erhält ihren Dampf durch den Stutzen 22 und gibt den verarbeiteten Dampf durch den Stutzen 23 und das Rohr 24 an den nioht eingezeichneten Kondensator ab. 25 ist eine Zusatzturbine, welche mittels des Zahnräderpaares 26 die Dynamomaschine 27, die mit der Dynamomaschine B parallel geschaltet ist, antreibt. Bei Vollast der Turbine 21 ist die Zusatzturbine 25 mittels der Rohre 28 und 28^a vor dem Leitrad der Stufe VI an die Hauptturbine 21 angeschlossen und gibt den verbrauchten Dampf mittels des Rohres 29 an das zum Kondensator der Hauptturbine 21 führende Abdampfrohr 24 ab. Zwischen die Rohre 28 und 28^s ist zwecks Grenzregelung eine Umschaltvorrichtung eingebaut. Sie besteht der Hauptsache nach aus dem Druckregler 30, 31, 32 und dem Zweisitzventil 33. Wenn bei geringer werdender Belastung der Hauptturbine 21 der Druck vor dem Leitrad der Stufe VI unter ein gewisses Maß sinkt, nimmt auch der Druck in der Leitung 28 und im oberen Teil des Druckreglers 30 ab, welcher mittels des Rohres 34 mit dem Rohr 28 verbunden ist. Die Feder 32 vermag den Kolben 31 und damit das Zweisitzventil 33 nach oben zu drücken. Damit wird die Verbindung zwischen dem Rohr 28 bzw. dem Raum vor dem Leitrad VI einerseits und dem Rohr 28" bzw. dem Einlaufkanal 35 der Hilfsturbine 25 vom Dampfzufluß abgeschaltet. Die Dynamomaschine 27 vermag keinen Strom mehr an das Netz albzugeben, wird ; vielmehr vom Netzstrom als Motor getrieben. " Hierbei läuft die Turbine 25 leer mit. Sie gibt keinen großen Widerstand, weil sich ihr Rad im Vakuum dreht. Oder aber die Zusatzdynamo wird unterhalb der Belastungs- ; grenze von der Hauptdynamo abgeschaltet ' und die Zusatzturbine stillgesetzt.

Bei steigender Belastung der Hauptdynamomaschine B muß der Hauptturbine 21 mehr Dampf zugeführt werden. Damit steigt der Druck vor dem Leitrad der Stufe VI, und es geht auch mehr Dampf zur Zusatzturbine 25. Ihre Drehzahl will sich erhöhen, und so wird die Dynamomaschine 27 in die Lage versetzt, mehr Strom an das Netz abzugeben, auf welches auch die Dynamo B arbeitet. Ja es kann dafür gesorgt werden, daß das Verhältnis der Stromabgabe der Dynamo 27 zu der- : jenigen der Dynamo B nicht nur gleichbleibt, ι sondern sich sogar erhöht.
! Die Belastungsgrenze für die Abschaltung des Dampfes von der Hauptturbine wird so ! festgelegt, daß bei weiterer Aufrechterhaltung des Anschlusses der Zusatzturbine unter weiter abnehmender Belastung sowohl der Wirkungsgrad der Zusatz- als auch derjenige des Niederdruckteiles der Hauptturbine rasch abnehmen würde.

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche :

   i. Mit Kondensation arbeitendeDampfturbinenanlage, wobei zu einer Hauptturbine wenigstens zeitweise eine Zusatzturbine parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei über einer gewissen Grenze liegender Belastung der Hauptturbine vor der Leitvorrichtung einer im letzten Drittel ihrer Stufe liegenden Niederdruckstufe Dampf bis zur Hälfte der Gesamtmenge entnommen und ohne Zwischenschaltung einer Menge-Regelungsvorrichtung der auf Kondensation arbei- no tenden, wenigstens mit der 1/Tfachen Umfangsgeschwindigkeit der Hauptturbine laufenden Zusatzturbine zugeführt wird, so daß die entnommene Dampfmenge im Verhältnis zur Belastung der Hauptturbine ansteigt.
2. 2. Dampfturbinenanlage nach Anspruch i, deren Hauptturbine wenigstens sechs Stufen hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzturbine vor dem Leitrad i2q der zweitletzten Stufe angeschlossen ist. , . 3. Dampfturbinenanlage nach An-
3. Spruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß die
   Zusatzturbine zum Antrieb der Kondensationsmasehine verwendet wird, wobei j mit über die gewisse Grenze hinaus stei- j gender Belastung der Hauptturbine die j Drehzahl und damit die Förderleistung j der Kondensationsmaschinen ansteigt.
4. 4. Dampfturbinenanlage zum Antrieb i von Stromerzeugern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzturbine mit einem Zusatzgenerator ver- ; bunden ist, wobei die Stromabgabe des Zusatzgenerators mit über die gegebene Grenzleistung hinaus steigender Belastung der Hauptturbine ansteigt.
5. 5. Dampfturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei unter die vorgeschriebene Grenze sinkender Belastung der Hauptturbine die Zusatzturbine mittels eines von der Entnahmestelle beeinflußten Druckreglers von ■der Hauptturbine abgeschaltet wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.