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Verfahren und Einrichtung zur Regelung von_Dampfturbinen mit Dampfspeicher
Gegenstand der Erfindung ist eine Dampfkraftanlage mit Dampfspeichern, bei der zur
Zeit der geringen Belastung die Speicher unmittelbar aus Dampfkesseln oder durch
zwischengeschaltete Dampfmaschinen aufgeladen «-erden, während zur Zeit der Spitzenbelastung
Dampf aus dem Speicher bei ständig sinkendem Speicherdruck besonderen Dampfturbinen
zur Energieerzeugung zugeführt wird.
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In den meisten Kraftwerken treten zu bestimmten Tageszeiten hohe Belastungsspitzen
auf, wie in Abb. z beispielsweise dargestellt ist. Falls es nicht möglich oder nicht
erwünscht ist. eine Akkumulatorenbatterie aufzustellen, ist man gezwungen, eine
große Anzahl von Dampfkesseln in Reserve zu halten, die nur an wenigen Stunden des
Tages Dampf abgeben. Zur Vermeidung dieses Übelstandes ist vorgeschlagen worden,
an Stelle der Reservekessel Dampfspeicher aufzustellen" die zur Zeit der schwachen
Belastung, z. B. des Nachts, aufgeladen werden und zur Zeit der Spitzenbelastung
ihren Dampf bei ständig sinkendem Speicherdruck besonderen Dampfturbinen zur Spitzendeckung
zufuhren. Während dieses Betriebes steigt, wie in Abb. 2 grundsätzlich wiedergegeben
ist, die Belastung L der Turbine in der Zeit o bis r von o bis zu einem Höchstwert
L, und sinkt in der Zeit z bis 2 wieder vom Höchstwert L, his auf o, während der
Speicherdruck PS in der Zeit o bis 2 von einem Höchstwert bis zu einem Mindestwert
sinkt. Da die Belastung der Turbine nur vorübergehend der vollen Belastung L1 entspricht
und irn Durchschnitt etwa gleich der halben Belastung ist, muß aus wirtschaftlichen
Gründen die Turbine derart bemessen werden, daß bei halber Belastung der Wirkungsgrad
der Turbine möglichst hoch ist. Dies bedingt, daß bei halber Belastung der Druck
in der ersten Radkammer angenähert so hoch gewählt wird, wie man ihn bei gewöhnlichen,
mit Kesseldruck gleichbleibenden Druckes beaufschlagten Turbinen bei voller Belastung
,wählen würde.
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Will man nun die Speicher bis auf einen niedrigen Druck, beispielsweise
i,5 ata, entladen, so kann es vorkommen, daß der Speicherdruck so tief sinkt, daß
er dem Druck in der ersten Radkammer sehr nahe kommt, so daß eine wirtschaftliche
Ausnutzung des in diesem Falle geringen Gefälles der ersten Stufe nicht möglich
ist, ja es kann sogar vorkommen (namentlich dann, wenn die ersten Stufen nur kleine
Durchmesser haben), daß der Speicherdruck zeitweise kleiner wird als der bei der
gleichzeitig auftretenden Belastung erforderliche Druck in der ersten Radkammer.
Um aber hierbei trotzdem einen Betrieb der Turbine zu ermöglichen, ist vorgeschlagen
worden. den Speicherdampf jeweils derjenigen Radkammer zuzuführen, in der der erforderliche
Druck niedriger als der Speicherdruck ist, so daß der Speicherdampf zuerst vor die
Düsen der ersten Stufe, dann bei zunehmender Belastung und abnehmendem Speicherdruck
unter Umgehung der
ersten Stufe vor die Düsen der zweiten Stufe
usw. geleitet wird.
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Eine derartige Schaltung hat ihre Nachteile; wird der Speicherdampf
unter Umgehung der ersten Stufe vor die Düsen der zweiten Stufe oder unter Umgehung
der beiden ersten Stufen vor die Düsen der dritten Stufe usw. geleitet, so läuft
das erste Rad oder laufen die ersten Räder leer im vollen Speicherdruck mit, so
daß sie hohe Radreibungs- und Pumpverluste verursachen, die sich in Wärme umsetzen.
Diese Wärme muß nach außen abgeführt werden, weil sich sonst in den Kammern, in
denen die unbeaufschlagten Räder leer umlaufen, in kurzer Zeit eine hohe Temperatur
,einstellen würde, die die Betriebssicherheit gefährden kann. Ein Teil dieser Reibungswärme
wird allerdings durch den Leckdampf weggeführt, der durch die an beiden Seiten der
betreffenden Kammern befindlichen Labyrinthdichtungen teils nach außen, teils in
eine folgende Stufe dringt. Da man jedoch aus wirtschaftlichen Gründen bestrebt
ist, die Labyrinthe möglichst dicht zu halten, wird die Leckdampfmenge nur klein
sein und zur Abführung der entstehenden Reibungswärme oft nicht ausreichen. Eine
absichtliche Vergrößerung der Labyrinthquerschnitte oder die Anbringung einer Öffnung
am vorderen Turbinendeckel, die dann geöffnet wird, wenn mindestens ein Laufrad
nicht beaufschlagt wird, wäre unwirtschaftlich, weil dabei ein großer Teil des Dampfes
arbeitslos aus der Turbine entweichen würde. Demzufolge wird sowohl durch die Radreibungsverluste
an sich, als auch durch die Abführung der von ihnen verursachten Reibungswärme der
Wirkungsgrad der Turbine beeinträchtigt.
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Die Erfindung will diesen Übelstand vermeiden und stets alle Räder,
die unter einem höheren als dem Kondensatordruck stehen, mit Arbeitsdampf unter
Verwendung von parallel zu den stets offenen Düsen der zweiten Stufe zusätzlichen,
durch Ventile oder Schieber absperrbaren Düsen beaufschlagen. Die Erfindung besteht
darin, daß die Zusatzdüsen bei Beginn der Entladung geschlossen sind und erst dann
geöffnet werden, wenn der Speicherdruck so tief gesunken ist, daß das Gefälle der
ersten Stufe für eine wirtschaftliche Energieerzeugung nicht mehr , ausreicht.
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In Abb. 3 ist eine Ausführungsform beispielsweise wiedergegeben. Der
vom Speicher kommende Dampf fließt durch die Leitung a, die ,Düsen d und die Beschaufelung
des Rades r. in die erste Radkammer bi; ist das Gefälle vom Speicherdruck in der
Leitung a auf den Druck in der ersten Radkammer b groß genug, so sind die Zusatzdüsen
d3 durch das Ventil v geschlossert, und der Dampf fließt weiter durch die Düsen
d2 und die Beschaufelung des Rades Y= in die zweite Radkammer b2, von wo er durch
den ND-Teil in den Kondensator fließt. Ist der Speicherdruck im Verlauf des Entladevorganges
so tief gesunken, daß er nur wenig größer ist als der der Belastung entsprechende
Druck in der Kammer b1, so öffnet sich selbsttätig durch eine Regelungsvorrichtung
das Ventil v oder nacheinander die Ventile v, so daß ein Teil des in die Kammer
bl eingedrungenen Speicherdampfes durch die Zusatzdüsen d3 fließen kann, wodurch
der Druck in der Kammer bl entsprechend den größer gewordenen Düsenquerschnitten
(d, -f- d,) sinkt.
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In Abb. q. ist eine zweite Ausführungsform beispielsweise wiedergegeben.
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Aus der Zudampfleitung g strömt der überschüssige Dampf durch eine
Leitung m über ein Ventil x zum Speichers. Der Dampf aus dem Speicher
s fließt durch die Leitung ca über ein Regelventil k1 der ersten Stufe h
zu und von dort durch die Leitung e vor die immer offenen Düsen d2 der zweiten Stufe
und durch den ND-Teil nl in den Kondensator c. Parallel zu den Düsen d2 sind Düsend,
angeordnet, durch die der Dampf zu einem zweiten, dem ersten parallel geschalteten
ND-Teil zag fließen kann. Die Zuflußleitung f zu den Zusatzdüsen d3 ist durch ein
oder mehrere Ventile v absperrbar. Die Arbeitsweise ist im übrigen dieselbe wie
bei Abb. 3. Die Schaltung nach Abb. q. empfiehlt sich insbesondere dann, wenn die
erforderliche Höchstleistung der Turbine groß ist, und hat den besonderen Vorteil,
daß hierbei eine volle Beaufschlagung der zweiten Stufe möglich ist. .
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In vielen Fällen wird es möglich sein, beide Niederdruckteile n1 und
n, mit gleichen Abmessungen auszurüsten, was die Herstellungskosten verbilligt.
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Es empfiehlt sich auch, eine unmittelbare Verbindungsleitung i zwischen
der Leitung g des Zudampfes und der ersten Stufen der Turbine vorzusehen, damit
auch in besonderen Ausnahmefällen, beispielsweise im Fall einer Außerbetriebsetzung
des Speichers, die Turbine betrieben werden kann. Diese Verbindungsleitung i ist
in normaler Weise durch ein Ventil w abgesperrt. Außerdem ist für die erwähnten
Ausnahmefälle ein Regelungsventil k. vorgesehen.
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Die Beeinflussung des Ventils oder der Ventile v kann in verschiedener
Weise erfolgen, beispielsweise durch das Druckgefälle zwischen Speicher s und erster
Radkammerbl; in diesem Fall kann die Regelung derart eingerichtet werden, daß der
Unterschied oder das Verhältnis der beiden Drücke niemals
unter
einen bestimmten Betrag sinken kann, der einstellbar sein kann. Es ist aber auch
möglich, an Stelle der Beeinflussung durch den Druck in der ersten Radkammer b,
eine andere Beeinflussung zu wählen, beispielsweise eine Beeinflussung durch die
Belastung, also durch den Geschwindigkeitsregler.