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Dampfturbine mit Dampfspeicher. Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine
mit einem unter stark veränderlichem Druck stehenden Dampfspeicher, wobei vom Dampfkessel
eine angenähert gleichbleibende Dampfmenge geliefert wird, während die bei geringer
Belastung von der Turbine nicht gebrauchte Dampfmenge zum Laden des Speichers und
die bei höherer Belastung von der Turbine geforderte Mehrdampfmenge durch Entladen
des Speichers gewonnen und der Turbine zugeführt wird. Bei den bekannten Turbinenanlagen
wird der Ladedampf aus einer Zwischenstufe der Turbine entnommen und der Entladedampf
derselben oder einer folgenden Zwischenstufe zugeführt, wobei die Entnahmestufe
mit einer Düsenregelung versehen ist, die stets nur so viel Düsen hinter der Entnahmestelle
offen hält, daß der Druck vor diesen Düsen nur um den Betrag des unvermeidlichen
Spannungsabfalls vom Speicherdruck abweicht. Diese Einrichtung hat den Nachteil,
daß der Druck an der Entnahmestelle die starken Schwankungen des Speicherdrucks
mitmachen muß, so daß sehr starke Schwankungen im Gefälle der beiden der Entnahmestelle
benachbarten Turbinenstufen entstehen. Durch diese starken Gefällschwankungen der
beiden der Entnahmestelle benachbarten Stufen wird der mittlere Gütegrad dieser
Stufen beeinträchtigt. Infolgedessen verbraucht eine derartige Turbine im ganzen
mehr Dampf als eine sonst gleichartige Turbine ohne Speicher, und zwar beträgt dieser
Mehrverbrauch in den meisten Fällen mehr als 5 Prozent. Um diesen Betrag vermindert
sich die Verbesserung, die der Kesselwirkungsgrad infolge seiner durch den Speicher
verursachten gleichmäßigen Beanspruchung erfährt.
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Durch die Erfindung wird angestrebt, den vorgenannten Verlust auf
ein unvermeidliches Maß herabzusetzen. Dies wird dadurch erreicht, daß man die Druckschwankungen
innerhalb der Turbine nahezu unabhängig von den Druckschwankungen im Speicher macht.
Dies kann am einfachsten dadurch geschehen, daß
in die Verbindung
des Speichers mit der Dampfführung ein oder mehrere Organe eingeschaltet sind, welche
nach Bedarf den Dampfdurchfluß regeln. Die Erfindung sieht also von dem bekannten
wandernden Anschluß zwischen Turbine und Speicher ab.
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In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind als Organe zur Regelung
des Dampfdurchflusses in der Verbindung des Speichers mit der Dampfzuführung eingeschaltete
Schieber oder Ventile vorgesehen.
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Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß man den Dampf,
den man bei höherer Turbinenbelastung dem Speicher entnimmt, einer Turbinenstufe
zuführt, die, in der Strömungsrichtung des Dampfes, hinter der Stufe liegt, aus
der der Dampf zum Laden des Speichers der Turbine entnommen wird, ohne daß man diese
beiden Stufen mit selbsttätiger Düsenregelung versieht. In diesem Falle sind die
Drücke ;5Q an der Entnahmestelle und P3 an der Zuführungsstelle vom Speicherdruck
p, unabhängig, und es besteht nur die Bedingung, daß P, > PS > P3 sein muß. Wenn
auch hierdurch ein gegenüber dem bekannten Verfahren vergrößerter Drosselverlust
hervorgerufen wird, so ist dessen Einfluß auf den Dampfverbrauch nur unwesentlich
größer als beim bekannten Verfahren, denn dieser Drosselverlust bezieht sich nur
auf einen kleinen Teil des Dampfes und tritt nur während der Entladezeit auf; zudem
wird nach bekannten physikalischen Gesetzen ein Teil dieses Verlustes im Niederdruckteil
der Turbine wiedergewonnen. Der noch verbleibende geringe Verlust wird mehr als
ausgeglichen durch den Einfluß der geringeren Gefällschwankungen, denen die der
Entnahmestelle und Zuführungsstelle benachbarten Stufen ausgesetzt sind. Diese geringeren
Schwankungen ermöglichen es, diese Stufen mit einem Gütegrad auszurüsten, der sich
nur wenig von seinem Höchstwert entfernt. Infolgedessen ist der mittlere Gütegrad
dieser Turbine nur wenig schlechter als der einer sonst gleichwertigen Turbine ohne
Speicher; der Mehrdampfverbrauch kann im ganzen auf etwa i Prozent eingeschätzt
werden, so daß das Arbeiten nach der Erfindung einen um mindestens ¢ Prozent besseren
Dampfverbrauch als das bekannte Verfahren verspricht.
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Gemäß Abb. i wird vom Dampfkessel k durch die Leitung a und
die Schieberöffnung h
den Hochdruckdüsen, die keine besondere selbsttätige
Düsensteuerung erhalten, eine nahezu unveränderliche Dampfmenge zugeführt. Die gezeichnete
Stellung des Schiebers c entspricht dem Fall, daß die Turbine gerade die Dampfmenge
verbraucht, die vom Kessel geliefert wird. Sinkt die Belastung der Turbine, so daß
diese weniger Dampf braucht als der Kessel liefert, so zieht der Regler den Schieber
c nach links, so daß Dampf aus einer Zwischenstufe, im gezeichneten Falle aus der
ersten Kammer b, durch die Schieberöffnung f in den Speicher s übertritt. Steigt
die Belastung der Turbine so weit, daß ihr erforderlicher Dampfverbrauch größer
als die vom Kessel k gelieferte Dampfmenge wird, so verschiebt der Geschwindigkeitsregler
den Schieber c so weit nach rechts, daß die Dampfentnahme aus der Kammer b abgeschnitten,
dagegen Dampf aus dem Speicher s durch eine andere Öffnung g des Schiebers c in
eine niedere Stufe, in der Zeichnung Abb. i Kammer d, gleitet wird. Sinkt die Belastung
bei bereits vollgeladenem Speicher s, was nur in Ausnahmefällen vorkommen darf,
so tief, daß der erforderliche Dampfverbrauch kleiner als die vom Kessel gelieferte
Dampfmenge ist, so wird der Schieber c so weit nach links gezogen, daß auch die
Schieberöffnung h ganz oder teilweise abgeschlossen wird und der durch die Leitung
a strömende Frischdampf ganz oder teilweise abgesperrt wird.
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Statt des Schiebers können auch drei Drosselventile, die von einer
durch den Geschwindigkeitsregler angetriebenen Steuerwelle betätigt werden, verwendet
werden. Statt des in der Zeichnung angegebenen unmittelbaren Antriebes des Schiebers
oder der Steuerwelle durch den Regler wird man zweckmäßigerweise den mittelbaren
Antrieb durch einen Oldruckkolben oder eine andere bekannte Hilfsvorrichtung wählen.
Ist die vom Kessel zu liefernde Dampfmenge gelegentlich längere Zeit größer oder
kleiner als die normale mittlere Dampfmenge, so ist es zweckmäßig, von Hand absperrbare
Zusatzventile Z anzubringen, die Frischdampf vor besondere Hochdruckdüsen leiten.
Da die besonderen Düsen meistens unter anderen Druckverhältnissen arbeiten als die
normalen, ist es zweckmäßig, ihnen andere Abmessungen, z. B. andere Querschnitte,
Winkel, Erweiterungsverhältnis zu geben. In den Fällen, wo die Grenzen, zwischen
denen der Speicherdruck schwankt, sehr groß sind, wird auch das Gefälle der zwischen
Entnahmestelle b und Zuführungsstelle d liegenden Stufe oder Stufen sehr groß. Man
kann es dadurch verringern, daß man von der Kammer d den Raum c abgrenzt, wie es
in der Abb. i durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, und den vom Speicher
s während der Entladezeit bezogenen Dampf diesem abgegrenzten Raum e zuführt, von
wo er durch besondere Düsen, die ebenfalls andere Abmessungen als die normalen erhalten
können, auf das folgende Rad strömt. Hierdurch wird erreicht, daß der Druck P, in
der Kammer d höher gehalten werden kann, was eine Verkleinerung des zwischen den
Kammern b und d
auftretenden Gefälles zur Folge hat. Dieses Gefälle
bleibt jetzt nahezu unverändert, und die Gefällschwankung tritt in der darauffolgenden
Stufe
auf. Zu den bereits erwähnten Vorteilen kommt ein weiterer Vorteil hinzu, daß nur
ein einziger Schieber oder eine einzige Steuerwelle mit drei Drosselventilen erforderlich
ist und daß deren Betätigung jur vom Geschwindigkeitsregler zu erfolgen braucht,
während Düsenregelungen und Beeinflussung der Regelung durch den Speicherdruck wegfallen
kann, wodurch die Betriebssicherheit und Empfindlichkeit der Regelung vergrößert
wird. Der Wegfall der selbsttätigen Düsenregelung bietet ferner den Vorteil, daß
die Düsenquerschnitte in allen Stufen jeweils konstant sind, so daß man durch einfaches
Ablesen des Druckes und der Temperatur vor den Düsen in jedem Augenblick feststellen
kann, wieviel Dampf vom Kessel geliefert und wieviel der Turbine entnommen oder
ihr vom Speicher zugeführt wird. Ein solches Verfahren ist bei selbsttätiger Düsenregelung
meistens ummöglich, wenn man nicht hinter jedem der Düsenventile ein besonderes,
den Drosselzustand des Ventils anzeigendes Manometer anbringt; aber auch dann wäre
die genaue Berechnung der durchfließenden Dampfmenge aus den Drücken und Temperaturen
nicht möglich, wenn ein Ventil stark drosselt. Dieser Vorteil, der durch den Wegfall
der Düsensteuerung erzielt wird, ist nicht zu unterschätzen, da hierin eine einfache
und bequeme Möglichkeit - der Betriebsüberwachung ohne langwierige und kostspielige
Dampfverbrauchsmessungen liegt.
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Die in Abb. 2 dargestellte Ausführungsform ist ein Grenzfall der ersten,
die sich dann empfiehlt, wenn der höchste Speicherdruck so nahe an den Kesseldruck
heranreicht, daß das Gefälle zwischen Frischdampfdruck und Druck in der Entnahmekammer
b, der ja bei dem ersten Beispiel stets größer als der Speicherdruck sein muß, nicht
groß genug ist, um in einer Turbinenstufe wirtschaftlich ausgenutzt zu werden. In
diesem Falle entnimmt man den Dampf zum Laden des Speichers bei niedriger Belastung
aus der Frischdampfleitung und führt beim Entladen des Speichers bei höherer Belastung
den Dampf aus dem Speicher in eine Zwischenstufe der Turbine, in der der Druck stets
niedriger als der Speicherdruck ist. Die Regelung braucht wie beim ersten Beispiel
nur durch den Geschwindigkeitsregler zu erfolgen, indem dieser einen Schieber oder
eine Steuerwelle betätigt, die die Abzweigung des Frischdampfes nach dem Speicher,
die Drosselung des der ersten Stufe während der Ladezeit zugeführten Frischdampfes
und die Entladung aus dem Speicher in eine Zwischenstufe steuert.
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Nach Abb. 2 fließt vom Kessel k eine nahezu unveränderliche Dampfmenge
durch die Leitung a und die Öffnung h des Schiebers c zu den Hochdruckdüsen der
Turbine t. Der Schieber c ist in der Zeichnung in der Stellung dargestellt, bei
der die von der Turbine t verbrauchte Dampfmenge gleich der vom Kessel k gelieferten
ist. Sinkt die Belastung, so wird der Schieber c nach links gezogen, der Frischdampfdruck
vor den Hochdruckdüsen wird gedrosselt, so daß weniger Dampf in die Turbine fließt
und der überschüssige Teil des vom Kessel gelieferten Dampfes durch die Schieberöffnung
f in den Speicher s strömt. Steigt die Belastung derart, daß die Turbine mehr Dampf
verbraucht, als der Kessel liefert, so wird der Schieber so weit nach rechts geschoben,
daß die Schieberöffnung f bei ganz offen bleibender Schieberöffnung 7a abgesperrt
ist und Dampf aus dem Speicher s durch die Schieberöffnung g in die Kammer d der
Turbine strömt. Statt des Schiebers können drei von einer Steuerwelle betätigte
Drosselventile verwendet werden; ebenso können von Hand absperrbare Zusatzventile
für die Hochdruckdüsen angebracht werden. Unter denselben Umständen wie beim ersten
Beispiel kann auch 'beim zweiten der vom Speicher einer Zwischenstufe der Turbine
zugeführte Dampf in eine abgegrenzte Kammer e vor besondere Düsen dieser Stufe geleitet
werden, wobei diese besonderen Düsen ebenfalls andere Abmessungen als die übrigen
Düsen dieser Stufe erhalten können.
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In Abb. 3 ist eine weitere Ausführung dargestellt. Vom Kessel k strömt
eine angenähert gleichbleibende Dampfmenge durch die Leitung a zur Turbine t durch
eine Anzahl von gesteuerten Ventilen i, von denen in der Zeichnung nur eins wiedergegeben
ist. Sinkt die Belastung, so daß die- von der Turbine verbrauchte Dampfmenge kleiner
als die vom Kessel gelieferte ist, so öffnet sich das gesteuerte. Ventil l und läßt
Dampf aus der FriEchdampflsitung a durch die Abzweig,,leitung m in den Speicher
s strömen. Steigt die Belastung der Turbine so hoch, daß die vom Kessel k gelieferte
Dampfmenge nicht ausreicht, @o öffnet sich das gesteuerte Ventil n und läßt Dampf
aus dem Speicher s durch die Leitung o in eine Kammer d der Turbine
t übertreten. Die Ventile i, 1, n können von einer Steuerwelle g durch
den Geschwindigkeitsregler betätigt werden. Die durch das Ventil st vom Speicher
der Turbinenkammer d zugeführte Dampfmenge kann wieder in einen abgegrenzten Raum
e dieser Kammer vor besondere Düsen, die andere Abmessungen als die übrigen derselben
Stufe erhalten können, geleitet werden. Statt des vom Regler betätigten Ventils
1 kann auch ein selbsttätiges Rückschlägventil in die Abzweigleitung m eingebaut
werden; das sich dann öffnet, wenn der Druck in der Leitung a infolge verringerten
Dampfverbrauchs der Turbine über eine einstellbare Grenze steigt.
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Wenn der höchste Speicherdruck bis nahe an den Kesseldruck heranreicht,
der Druck in der
ersten Kammer der Turbine aber wesentlich tiefer
als der Speicherdruck ist, ist eine vierte Ausführungsform vorzuziehen, die in Abb.
4. dargestellt ist. Sie besteht darin, daß man den zum Laden des Speichers bei niedrigen
Dampfverbrauch der Turbine verwendeten Dampf aus der Frischdampfleitung entnimmt,
den beim Entladen des Speichers bei höherer Belastung aus dem Speicher entnommenen
Dampf dagegen vor besondere Düsen der ersten Stufe führt. Dies Verfahren wird in
den meisten Fällen dann anzuwenden sein, wenn die erste Turbinenstufe infolge Verwendung
eines Curtisrades ein großes Gefälle zu verarbeiten hat. Vom Dampfkessel k fließt
eine nahezu unveränderliche Dampfmenge durch die Leitung a und durch ein oder mehrere
gesteuerte Ventile i, von denen in der Zeichnung nur eins dargestellt ist, vor die
Hochdruckdüsen der Turbine t. Solange die Turbine gerade so viel Dampf verbraucht,
wie vom Kessel geliefert wird, sind die Ventile L und n geschlossen.
Sinkt die Belastung der Turbine, so öffnet der Geschwindigkeitsregler mittels der
Steuerwelle q das Ventil L und läßt den überschüssigen Dampf durch die Leitung m
in den Speicher s übertreten. Steigt die Belastung so weit, daß der vom Kessel gelieferte
Dampf hierzu nicht ausreicht, so schließt der Geschwindigkeitsregler das Ventil
l wieder und öffnet der Reihe nach die Ventile n, von denen in der Zeichnung nur
eins dargestellt ist, so daß Dampf aus dem Speicher s durch die Leitung o vor besondere
Hochdruckdüsen treten kann. Die besonderen Düsen können von den hinter der Leitung
a sitzenden Düsen abweichende Abmessungen erhalten. Statt des Ventils
L kann in der Abzweigleitung m
ein selbsttätiges Rückschlagv entil
angebracht sein, das sich infolge des bei sinkender Belastung gesteigerten Druckes
in der Leitung a von selbst öffnet. Will man auf die infolge Verwendung der selbsttätigen
Düsenregelung eintretende Verminderung der Drosselverluste verzichten und dafür
die Vorteile der bequemen Betriebsüberwachung vorziehen, so ist nur je ein Ventil
n und l anzuordnen, wobei man für den Fall einer längere Zeit audauernden
geringeren oder höheren Belastung der Turbine von Hand absperrbare Zusatzventile,
die an die Leitungen a und o angeschlossen sind, vorzieht.