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Einrichtung zum Betrieb von zweistufigen Wlehrstoffdampfmaschinen,
insbesondereTurbinen. In sogenannten Mehrstoff dampfmaschinen oder -turbinen wird
dem gewöhnlichen WasserdamDfmaschinenprozeß mindestens eine weitere Stufe vorgeschaltet,
bei welcher Dämpfe einer schwer siedenden Flüssigkeit als Treibmittel dienen. Die
Zuführung des Brennstoffes erfolgt bei diesen Maschinen nicht zum Wasserdampfkessel
sondern zum Verdampfer der ersten Stufe, in welchem die Dämpfe .der schwer siedenden
Flüssigkeit,
also beispielsweise Anilin-, n1- oder QuecksilL:erdämpfe,
erzeugt werden. Diese Dämpfe arbeiten in einer Turbine (erste Stufe) und werden
in einem Wärmeaustauschapparat niedergeschlagen, der gleichzeitig als Kondensator
für das Treibmittel dieser (ersten) Turbinenstufe und als Verdampfer für das Treibmittel
der (zweiten) Wasserdampfstufe wirkt. Der erzeugte Wasserdampf macht hierauf den
iir_ rnialen Dampfturbinenprozeß durch, er ar-1 eitet in einer Wasserdampfturbine
(zweite Stufe), die mit der obengenannten Turbine zusammengebaut oder zusannnengekuppelt
ist, und wird in einem Kondensator niedergeschlagen. Zu den obengenannten Maschinen
und Apparaten kommen noch die für die liondeti@ation und die Speisung erforderlichen
Maschinen, die von den leiden Tur-I inen angetriebenen Maschinen, z. B. elektrische
Generatoren oder Verdichtern, dazu allenfalls noch Vorwäriner. Das Ganze bildet
dann eine selbständige und unabhängige Maschinengruppe für die Umwandlung von chemisch
gebundener Wärmeenergie in mechanische, elektrische oder potentielle Energie. Bei
Durchführung eines solchen zweistufigen :Mehrstoff- oder Zweistoffdampfturl-inenprozesses,
bestehend aus zwei Kreisprozessen, sind die folgenden Forderungen zu beachten.
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Die Regelung der zugeführten Verbrennungswärme muß in Abhängigkeit
von der Belastung der angetriebenen Maschine erfolgen. Außerdem muß die Verteilung
der Leistung auf die leiden Turbinenstufen derartig teeinflußt werden, daß die Prozesse
zwischen den günstigsten Druck- und Temperaturgrenzen verlaufen. Eine dritte Forderung
entsteht mit Rücksicht auf die Erfahrungstatsache, daß durch die bloße Einwirkung
auf die dem Dampferzeuger zugeführte Wärmeenergie eine zuverlässige Regelung von
Turbinen, d. h. die Beherrschung ihrer Umlaufzahl, im erfor#lerlichen :Maße nicht
erzielt werden kann. Erfahrungsgemäß ist dafür der Eingriff eines von der Umlaufgeschwindigkeit
abhängigen Reglers auf die das Treibn:ittel beherrschenden Einlaßorgane der Turbinen
erforderlich.
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Diesen (frei Forderungen soll nach der Erfindung dadurch entsprochen
werden, daß die Einlaßorgane der beiden Stufen von einem Geschwindigkeitsregler
gleichförmig, durch einen vom Treibmitteldruck der Unterstufe 1 eeinflußten Druckregler
aber gegenläufig bewegt werden, während ein unter dem Einfluß (les Treibmitteldruckes
der Oberstufe stehender Druckregler die Wärme- (Brennstoff-) Zufuhr zur Oberstufe
regelt. Um Drosselverluste tunlichst zu vermeiden oder sie einzuschränken, werden
die Einlaßquerschnitte tür die Treibmittel bei beiden Turbinen durch Düsensteuerungen
beherrscht, die unter der Einwirkung eines von der Umlaufzahl der Maschine beeinflußten
Reglers stehen, derart, ciaß die zu einer Stufe gehrenden, die Düsenöffnungen beherrschenden
Ventile nacheinander geöffnet werden. Der von der Umlaufzahl beeinflußte Regler
verstellt hei irgendeiner Änderung des Beharrungszustandes die linlaßregelventile
der beiden Turbinenstufen im gleichen Sinne: d. h. der Ausschlag des Reglers nach
der einen Richtung li:wirlct bei beiden Turbinenstufen eine 1'er=r@il@erung der
Einlaßquersclmitte, während der Ausschlag des Reglers in der ,anderen Richturig
eine Verkleinerung der Fitilal3quersclinitte beider Turbinenstufen herbeiführt.
Dieser Regler ist in gleicher Weise wie bei den bekannten Kraftnraschinensteuerungen
in der Lage, die Umlaufzahl der Maschine in den Grenzen des gewählten Ungleichförinigkeitsgrades
zu halten.
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Ein zweiter Regler steht unter dem Treibmitteldruck der zweiten Stufe
und beeinflußt die beiden Ventilgruppen im entgegengesetzten Sinne; d. h. er öffnet
beim Ausschlag nach der einen Seite die Ventile der ersten Stufe und schließt gleichzeitig
diejenigen der zweiten Stufe, während beim Ausschlag des Reglers nach der anderen
Seite die umgekehrte Verstellung eintritt. Durch die Wirkung dieses Reglers wird
die Verteilung der Gesamtleistung auf die beiden Stufen herbeigeführt. Dieser Druckregler
löst außerdem die Aufgabe, den Treibmitteldruck der zweiten Stufe in der Nähe derjenigen
Größe zu halten, die zur Erzielung eines günstigen Wirkungsgrades des Prozesses
erforderlich ist. Steigt der Druck höher, so vergrößert der Regler den Einlaßquerschnitt
für (las Treibmittel der zweiten Stufe und verhindert dadurch ein weiteres Steigen
des Druckes. Beim Sinken des Druckes verkleinert der Regler diesen Einlaßquerschnitt,
so daß ein weiteres Sinken vermieden wird. Die zulässigen Druckschwankungen können
durch die Bemessung des Druckreglers bekannter Bauart, z. B. der verwendeten Feder,
festgelegt werden. Das Zusammenarbeiten der beiden bisher genannten Regler erfolgt
derart, rlaß der von der Umlaufzahl abhängige Regler die Summe der von beiden Turbinen
entwickelten Leistungen l.estimmt, während der vom Treibmitteldruck der zweiten
Stufe beaufschlagte Regler die `'erteilung dieser Gesamtleistung auf die beiden
Turbinen einstellt.
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Ein dritter Regler ist nunmehr erforderlich, der die dem ganzen System
zugeführte Verbrennungswärme l-.eeinflußt und sie der Gesamtleistung des Maschinensatzes
anpaßt. Dieser Regler untersteht dem Druck des
Treibmittels der
ersten Stufe. Jede Drucksteigerung veranlaßt ihn, die Zufuhr von Wärmeenergie zu
vermindern, jede Druckerniedrigung, diese Zufuhr zu vermehren, so daß er bei zweckentsprechender
Bemessung in der Lage ist, den Treibmitteldruck der ersten Stufe auf derjenigen
Höhe zu halten, die für die Erzielung eines günstigen Gesamtwirkungsgrades erforderlich
ist.
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Die Beherrschung der Treibmittelzufuhr zu den Maschinen erfolgt also
unmittelbar durch dcii von der Umlaufzahl becinflußten Rcgl,r, während dieser Regler
auf die Zufuhr der Wärmeenergie zu dem von ihm beherrschten Maschinensatz keinen
unmittelbaren sondern lediglich einen- mittelbaren Einfluß hat.
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Lurch Schilderung der Vorgänge bei einer Störung des Gleichgewichtszustandes
der im Dauerbetrieb befindlichen Dampfkraftmaschine soll die Regelung näher erläutert
werden. Handelt es sich um die Erzeugung elektrischer Energie und vermindert sich
der Kraftbedarf in dem elektrischen Netz, das von der Maschine mit Strom versorgt
wird, so wird eine dem Ungleichförmigkeitsgrad des Umlaufzahlreglers entsprechende
kleine Drehzahl eintreten. Dieser Regler wird infolgedessen die Ventile der beiden
Turbinenstufen gegen ihren Sitz zu bewegen. Da infolge des geringeren Eintrittquerschnitts
in den beiden Turbinenstufen geringere Dampfmengen verarbeitet werden, so wird,
da die Wärmeenergiezufuhr bis jetzt nicht beeinflußt worden ist, der Druck der leiden
Treibmittel steigen. Durch diese Drucksteigerung treten die beiden von den Treibmitteldrücken
beeinflußten Regler in Tätigkeit. Der vom Treibmittel der ersten Turbinenstufe beeinflußte
Regler wird eine Verminderung der Zufuhr der Wärmeenergie zum Verdampfer der ersten
Stufe bewirken. Gleichzeitig wird der vom Treibmittel der zweiten Stufe beeinflußte
Regler derart auf die Einlaßquerschnitte für die Treibmittel der beiden Turbinenstufen
einwirken, daß die Druckerhöhung des Treibmittels der zweiten Stufe innerhalb zulässiger
Grenzen bleibt. Er wird also, um diese Druckerhöhung ganz oder teilweise auszugleichen,
den Einlaßquerschnitt zur zweiten Turbinenstufe vergrößern, wobei gleichzeitig der
Einlaß:querschnitt zur ersten Turbinenstufe verkleinert wird. Infolge dieser Einwirkung
sinkt der Druck des Treibmittels der zweiten Stufe und wird die oben festgestellte
Erhöhung desselben in brauchbaren Grenzen gehalten, während gleichzeitig der Druck
vor der ersten Stufe weiter steigt. Dadurch wird die schon eingeleitete Bewegung
des Druckreglers der zweiten Stufe, die auf Verminderung der Wärmeenergiezufuhr
gerichtet ist, noch Ginterstiztzt, Bei einer Erhöhung der Leistung treten in der
gleichen Reihenfolge die entgegengesetzten Bewegungen ein. Entsteht eine Unregelmäßigkeit
im Steuerungsvorgang einer der leiden Stufen, so daß die Maschine eine erhöhte Umlaufzahl
annimmt, so tritt der bei Turbinenanlagen stets vorhandene Sicherheitsregler in
Tätigkeit, welcher in diesem besonderen Fall nicht nur die Einlaßquerschnitte zu
den beiden Turbinenstufen, sondern gleichzeitig auch die Zufuhr der Wärmeenergie
zum Verdampfer der ersten Stufe augenblicklich vollständig absperrt. Dadurch ist
das ganze System außer Betrieb gesetzt. Zu dieser außerordentlichen Drehzahlsteigerung
könnten bei Störungen in den Steuerungso bauen auch außerordentliche Drucksteigerungen
kommen. Zu deren Vermeidung sind absperrbare Leitungen vorgesehen, durch welche
das Treibmittel unter Umgehung der jeweiligen Turbinenstufe dem zugehörigen Oberflächenapparat,
in welchem es kondensiert, unmittelbar zugeführt wird. Tritt beispielsweise nach
dem Ausschlagen des Sicherheitsreglers infolge der im System noch vorhandenen Wärmemenge
eine größere Druckerhöhung -im Treibmittel der ersten Stufe ein, so öffnet sich
das in der Umführungsleitung der ersten Turbinenstufe vorgeseheneAbsperrorgan, und
die Dämpfe der schwer siedenden Flüssigkeit werden in den Wärmeaustauschapparat,
der zugleich als Wasserdampferzeuger dient, niedergeschlagen, ohne in der ersten
Turbinenstufe Arbeit geleistet zu haben. Durch diese Wärmezufuhr könnte wiederum
eine das zulässige Maß überschreitende Druckerhöhung des Wasserdampfes, also des
Treibmittels der zweiten Stufe, entstehen. Es tritt nun für die Wasserdampfstufe
die gleiche Einrichtung in Tätigkeit, wie sie eben für das Treibmittel der ersten
Stufe geschildert worden ist. Der Wasserdampf wird im Kondensator niedergeschlagen,
ohne in der Wasserdampfturbine Arbeit geleistet zu haben. Der eben geschilderte
Vorgang entspricht dem Abblasen der Sicherheitsventile der Kessel normaler Wassendampfkraftanlagen,
ohne deren Nachteile, nämlich das störende Geräusch und den Verlust an kostbarem
Kondensat, mit sich zu bringen. Die Schädigungen, denen Wasserdampfmaschinen in
den heute üblichen Dampfkraftanlagen ausgesetzt sind, nämlich das Überkochen d!m
Kessel, die damit zusammenhängenden Wasserschläge in den Maschinen und das Verschmutzen
der Beschaufelung, Ursachen, die zur Zerstörung der wichtigsten Teile führen, sind
durch die geschilderte Regelungseinrichtung der Mehrstoff dampfmaschinen =vermindert
oder beseitigt, da die drei vorhandenen Regler jede schädliche Abweichung des Prozesses
vom normalen einschränken
und beseitigen und da jede Belastungsänderung
der Maschinen sogleich entsprechende Änderungen in der Belastung der Wä rmeaustauschvorrichtungen
und in der Wärmeenergiezufuhr zur Folge hat.
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In dein gezeichneten schematischen Ausführungsbeispiel stellt a die
Dampfmaschine der ersten Stufe, h diejenige der zweiten Stufe dar. c ist der Dampferzeuger
für die erste Stufe, d derjenige für die zweite Stufe, der zugleichKondensator für
die erste Dampfmaschinenstufe ist. Das Regelorgan, welches den Treibmitteleintritt
für die erste Stufe beherrscht, ist mit f bezeichnet, dasjenige für die zweite Stufe
mit ; und dasjenige, welches die Zufuhr der Wärmeenergie beeinflußt, trägt die Bezeichnung
h. Der Regler wirkt.auf das gemeinsame Gestänge, von uelchein aus die Organe f und
; l;ewegt werden, derart ein, daß diese Organe hei Erhöhung der Umlaufzahl geschlossen,
1-,ei Erniedrigung dersell:en geöffnet werden. Grundsätzlich verschieden hiervon
ist der Eingriff des Druckreglers i, der vorn Treibinitteldruck aus der Leitung
k der zweiten Stufe l:eeinflußt wird. Bei Erh-@hung des Druckes in der Leitung h
wird i las Regelorgan g geöffnet und gleichzeitig ohne Rückwirkung auf den (xeschwindigkeitsregler
das Organ f geschlossen. Der Druckregler i erfüllt demnach die Aufgaben, den Treilymitteldruck
der zweiten Stufe innerhalb gewisser Grenzen zu halten, dadurch auch die Leistungsverteilung
auf die hA-ldeii Maschinen zu s,eherrschen und den Expansiotisprozeß bei allen Belastungen
bei den @#-irtschaftlichsten Druckverhältnissen vor sich gehen zu lasen. Der Druckregler
in, der von dein Treibmittel der ersten Stufe aus der Leitung ic heeinflußt wird
und das Regelorgan 1r. beherrscht, vermindert die Zufuhr an Wärmeenergie hei Steigen
und erhöht diese "Zufuhr bei Fallen des Druckes in der Leitun@ n.