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Einrichtung zur Sicherung mehrstufiger Dampfturbinen für hochgespannten
Dampf und mit Zwischenüberhitzung gegen Überschreitung der zulässigen Umdrehungszahl
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Sicherung mehrstufiger Dampfturbinen
für hochgespannten Dämpf und mit Zwischenüberhitzung gegen Überschreitung der zulässigen
Umdrehungszahl. Zweck der Erfindung ist, bei mehrstufigen Dampfturbinen, welche
mit hochgespanntem Dampf und Zwischenüberhitzung betrieben werden, zu verhindern,
daß der in jedem Zwischenüberhitzer und seinen Zu- und Ableitungen be-. findliche
Dampf nach Verringerung der Frischdampfzuführung durch Entspannung in der auf jeden
Zwischenüberhitzer folgenden Stufe eine Überschreitung der zulässigen Umdrehungszahl
und durch Auslösung des Schnellschlusses eine Betriebsstörung herbeiführt. Die Erfindung
besteht darin, daß hinter jedem Zwischenüberhitzer ein nicht mit dem Haupteinlaßorgan
verbundenes Sicherungsorgan angeordnet ist, welches bei, Erreichen der im regelmäßigen
Betriebe zulässigen höchsten Drehzahl den Durchflußquerschnitt der zur nächsten
Stufe führenden Dampfleitung verringert, so daß die Erhöhung der Drehzahl. unterhalb
der Grenze bleibt, bei welcher der Schnellschlußregler in Tätigkeit tritt. Die selbsttätige
Beeinflussung dieses Sicherungsorgans kann durch einen Hilfsmotor erfolgen.
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In verschiedenen bekannt gewordenen Vorschlägen ist angegeben worden,
wie man ein Durchgehen von Kraftmaschinen bei plötzlich eintretenden Entlastungen
verhindern könne. Im Gegensatz zu diesen Vorschlägen werden gemäß der Erfindung
bei Dampfturbinen für hochgespannten Dampf und mit Zwischenüberhitzern durch die
Einwirkung des Sicherungsorgans Drehzahlzunahmen, verursacht durch die in jedem
Zwischenüberhitzer eingeschlossene Dampfmenge, unterhalb der Grenze gehalten, bei
welcher der Schnellschlußregler auf die Schnellschlußvorrichtung einzuwirken beginnt.
Auf diese Weise werden die mit dem Ausschalten und Wiedereinschalten des Schnellschlusses
verbundenen Störungen vermieden.
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Bei einer bekannten mehrstufigen Dampfturbine mit Zwischenüberhitzung
zwischen den einzelnen Stufen ist in jeder vom Zwischenüberhitzer zur folgenden
Turbinenstufe führenden Dampfleitung einRegelungsorgan vorgesehen. Diese Regelungsorgane
sind untereinander und mit dem Frischdampfregelungsorgan
vor der
ersten Turbinenstufe zwangläufig verbunden, um die Dampfeinströmung in die einzelnen
Turbinenstufen im gleichen Sinne zu regeln. Von dieser bekannten Regelungseinrichtung
unterscheidet sich die Erfindung grundsätzlich dadurch, daß sie ein mit dem Haupteinlaßorgan
nicht verbundenes Sicherheitsorgan vorsieht, " das im regelrechten Betrieb nicht
zur Wirkung gelangt, insbesondere nicht zum Regeln der-Dampfeinströmung in die Turbinenstufen,
sondern dazu bestimmt ist, ein Durchgehen der Turbine im Falle der Abstellung des
Frischdampfes oder bei großen Entlastungsschwankungen zu verhindern. Für diesen
Zweck ist die bekannte Regelungsvorrichtung weder bestimmt noch geeignet. Infolge
der zwangläufigen Verbindung der hinter jedem Zwischenüberhitzer angeordneten Regelungsorgane
mit dem Haupteinlaßventil können die Regelungsorgane an sich nur-gleichzeitig mit
dem Haupteinläßorgan schließen. Ist aber in den Gestängen der Regelungsorgane ein
Bruch eingetreten, so wird das hinter dem Überhitzer angeordnete Regelungsorgan
überhaupt nicht mehr verstellt, und es kann das Überströmen des Dampfes aus dem
Zwischenüberhitzer in die Turbinenstufe selbst dann nicht verhindern, wenn bei einer
unzulässigen Steigerung der Drehzahl die Frischdampfzuleitung durch die Schnellschlußvorrichtung
abgestellt wird. In diesem Fälle besteht dann die Gefahr, daß die Turbine unter
der Einwirkung der in dem Zwischenüberhiizer befindlichen Dampfmenge durchgeht.
Diese Gefahr ist bei dem Gegenstande der Erfindung nicht vorhanden, weil das Sicherheitsorgan
mit dem Haupteinlaßventil nicht verbunden ist und unabhängig von diesem zur Wirkung
gelangt, sobald eine geringe Überschreitung der zulässigen Drehzahl eintritt.
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Die Erfindung ist bei den mit : h9chgespanntem Dampf betriebenen Dampfturbinen
mit Zwischenüberhitzern insbesondere deshalb am Platze, weil sich infolge der großen
Dampfgewichte des hochgespannten Dampfes und infolge der großen in den Zwischenüberhitzern
eingeschlossenen Dampfmenge die Folgen .des Überströmens des Dampfes aus den Zwischenüberhitzern
in die folgende Stufe besonders nachteilig bemerkbar machen.
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In den Zeichnungen sind verschiedeneAusführungsformen einer Einrichtung
nach der Erfindung beispielsweise dargestellt. Abb. i gibt eine schematische Ansicht
über eine Anlage mit einer Einrichtung nach - der Erfindung, während die Abb. 2
bis 6 verschiedene Ausführungsförinen des Sicherungsorgans und der zu seiner Einstellung
dienenden Mittel zeigen.
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In Abb. i ist a die Hochdruckstufe einer mehrstufigen Dampfturbine,
b ist die Niederdruckstufe und c der zwischen beiden Stufen angeordnete Zwischenüberhitzer.
Der Frischdampf wird durch ein (nicht gezeigtes) Haupteinlaßorgan bei
d der Hochdruckstufe a zugeführt. Nach der Arbeitsleistung verläßt der Dampf
bei e die Hochdruckstufe a, tritt bei f in den Zwischenüberhitzer c, den
er bei g verläßt, um bei h in die untere Arbeitsstufe b zufließen, die er
bei i verläßt, um beispielsweise in den Kondensator zuströmen. In den Zwischenüberhitzer
c tritt z. B. bei k Frischdampf ein, der den bei feintretenden Dampf überhitzt und
bei m den Zwischenüberhitzer c verläßt. In der vom Zwischenüberhitzer c zur folgenden
Arbeitsstufe b fühmenden Leitung i -ist nun gemäß der Erfindung ein Dampfabsperrorgan
n angeordnet. Dieses Dampfabsperrorgan n steht unter dem Einfluß einer Steuerungsvorrichtung
(Häfsnuotor), duxch #ge @es geschlossen oder geöffnet werden kann. Diese Steuerungsvorrichtung
(die-in der Abb. i nicht gezeigt ist) kann unmittelbar durch ein - unter dem Einfluß
des Reglers stehendes Druckmittel gesteuert werden. Im Beispiel der Abb. i geschieht
dies durch Frischdampf, der der Frischdampfleitung o durch eine Zweigleitung p entnommen
wird. In dieser Zweigleitung ist ein Drosselungsorgan (z. B. Schieber, Regelungsnadel)
q angeordnet, welches < unter dem Einflüß des Drehzahlreglers r steht. Parallel
zu diesem Drosselungsorgan q kann ein weiteres Drosselungsorgan s eingeschaltet
sein, welches unter dem Einfluß des Schnellschlußreglers t - steht. Überschreitet
die Drehzahl der Maschine eine bestimmte Höhe,- so bewirkt der Regler r die Abstellung
des Zuflusses von Frischdampf zur oberen Arbeitsstufe durch- Schluß des Haupteinlaßorgans
-und führt weiter den Schluß des Absperrorgans n herbei, indem er auf die Drosselvorrichtung
q in der Leitung -p einwirkt. Sollte aus irgendeinem Grunde der Drehzahlregler r
- versagen, so würde der Schnellschlußregler t durch die Drosselvorrichtung s -
ebenfalls das Dampfabsperrorgan n schließen.
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Die ° Einwirkung des Reglers auf das Dampfabsperrorgan n und die Durchbildung
des Dampfabsperrorgans kann auf verschiedene Weise erfolgen. Einige -Ausführungsbeispiele
sind in -der Zeichnung dargestellt. -In Abb. 2 - und 3 - ist das --Dampfäbsperrorgan
n als Schieberausgebildet,-der in der Leitung i, die vom Zwischenüberhitzer c zur
unteren Arbeitsstufe b führt, quer verschiebbar angeordnet ist. Der Schieber n -ist
mit einem Kolben 2 verbunden,. der in einem Zylinder 3 gleiten kann. Dieser Zylinder
ist unten durch eine Wand 4 abgeschlossen, die
Bohrungen 5 aufweist.
Weitere Bohrungen 6 verbinden den Raum unterhalb der Bohrungen 5 mit der Dampfleitung
i vor dem Absperrschieber. Der über dem Kolben 2 befindliche Raum des Zylinders
3, in dem der" Druck auf Schluß des Schiebers wirkt, steht durch eine Drosselleitung
7' von kleinem Querschnitt mit dem hinter dem Schieber n befindlichen Raum der Leitung
i in ständiger Verbindung. An den Raum oberhalb des Kolbens 2 ist ferner eine Leitung
8 angeschlossen, die von erheblich größerem Querschnitt als die Drosselleitung 7
ist und in der sich eine Drosselvorrichtung 9, beispielsweise eine Regelnadel, befindet.
Diese Drosselvorrichtung 9 entspricht der in Abb. i mit q bezeichneten Vorrichtung
und steht unter dem Einfluß beispielsweise des Drehzahlreglers.
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Im normalen Betrieb ist die Leitung 8 durch die Drosselvorrichtung
9 geschlossen. Die Ausgleichleitung 7 bewirkt, daß oberhalb des Kolbens annähernd
der gleiche Druck herrscht wie in dem hinter dem Absperrorgan n liegenden Teil der
Dampfleitung i. Der Druck des Dampfes in der Leitung i vor dem Absperrorgan it kann
durch die Bohrungen 5 und 6 auf die untere Seite des Kolbens 2 wirken und hebt diesen
so weit an, bis der Dampfdruck vor"und hinter dem Absperrorgan ungefähr gleich ist.
Wird die Drehzahl um ein bestimmtes Maß überschritten, so wird die Drosselvorrichtung
9 in der Leitung 8 vom Regler geöffnet, so daß Frischdampf über den Kolben 2 treten
kann. Der zuströmende hochgespannte Dampf kann nicht in demselben Maße durch die
Ausgleichleitung 7 abströmen, wie er durch die Leitung 8 zuströmt; daher wird infolge
des größeren Druckes auf der Kolbenseite, auf der das Druckmittel auf- Schluß des
Absperrorgans wirkt, dieses - Absperrorgan geschlossen.
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An Stelle der Vorrichtung nach Abb. 2, 3 kann wegen der bei ihr auftretenden,
verhältnismäßig großen Reibung eine andere Vorrichtung verwendet werden.
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Beispielsweise ist -in Abb. q. das Dampfabsperrorgan n als Klappe
ausgeführt, die um ein Gelenk io schwingen kann und mit der Kolbenstange i i eines
Kolbens 12 verbunden ist. Dieser Kolben gleitet in einem Zylinder 13. Der Raum des
Zylinders, in dem der Druck auf den Kolben auf Schluß der Klappe n wirkt, ist durch
eine Leitung 1,4 mit der Dampfleitung i verbunden, so daß in dem betreffenden Raumdes
Zylinders 13 stets der vor der Klappe it in der Leitung i herrschende Druck
des Dampfes wirkt. Der Raum des Zylinders auf der anderen Seite des Kolbens steht
ebenfalls mit det Leitung i in Verbindung, jedoch nur durch eine Drosselleitung
15 von sehr kleinem Querschnitt. Ferner ist an diesen Raum, in dem der Druck auf
öffnung der Klappe n wirkt, eine Leitung 16 von größerem Querschnitt angeschlossen,
die beispielsweise zum Kondensator oder zu einem anderenRaum von verhältnismäßig
niedrigem Druck führt. In dieser Leitung ist wieder eine Drosselvorrichtung 9 vorgesehen,
- die unter der Einwirkung des Reglers steht.
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Im normalen Betrieb ist die Leitung 16 durch die Vorrichtung 9 geschlossen.
Im Zylinder 13 stellt sich auf beiden Seiten des Kolbens ungefähr der gleiche Druck
ein, so daß der Kolben 12 entlastet ist und die Klappen sich unter dem Einfluß der
durch die Leitung i strömenden Dampfmenge so weit anhebt, bis der Druck vor und
hinter der Klappe n annähernd gleich ist.
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Wird eine bestimmte Drehzahl überschritten, so öffnet der Regler die
Drosselvorrichtung 9, so daß der Raum des Zylinders, in dem der Druck auf Öffnung
der Klappe wirkt, mit einem Raum von - geringerem Druck, beispielsweise mit dem
Kondensator, verbunden wird.- Der Druck in dem Raum des Zylinders auf der einen
Seite des Kolbens 12 ist dann größer als der in dem Raum auf der anderen Kolbenseite;
an den die Leitungen 15 und 16 angeschlossen sind, da durch die kleine Leitung 1
5 Dampf nicht in dem Maße zuströmen kann, als durch die große Leitung 16 abströmt.
Infolgedessen wird der Kolben 12 im Zylinder 13 im Sinne des Schließens der Klappe
it verschoben.
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In Abb. 5 ist die Klappe it auch wieder mit einem Kolben 12 verbunden,
der in diesem Fall in einem nur an einer Seite geschlossenen Zylinder 13 gleitet.
Der einzige Raum des Zylinders steht durch eine Ausgleichleitung 17 von kleinemOuerschnitt
mit der Leitung i hinter der Klappe n in Verbindung; ferner ist an diesen Zylinderraum
eine Leitung 18 von größerem Durchmesser angeschlossen, in der sich wieder eine
Drosselvorrichtung 9 befindet, die unter dem Einfluß des Reglers steht.
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Im normalenBetrieb wird'auf beidenSeiten des Kolbens 12 annähernd
gleicher Druck herrschen, da durch die Ausgleichleitung 17 im Zylinderinnern der
gleiche Druck hergestellt wird wie in der Leitung i hinter der Klappe ia; die Drosselvorrichtung
9 ist dabei geschlossen. Wie- im vorhergehenden Beispiel stellt sich daher die Klappe
it so ein, daß auf ihren beiden Seiten in der Leitung i annähernd der gleiche Druck
herrscht.
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Beim überschreiten einer gewissen Drehzahl öfffiet der Regler die
Drosselvorrichtung 9 mehr oder weniger, so daß Dampf von hoher Spannung oder ein
anderes hochgespanntes
Druckmittel in den Zylinder 13 treten kann.
Da durch die Ausgleichleitung 17 nur ein geringer Abfluß des Druckmittels aus dem
Zylinder 13 stattfinden kamt, wirkt der größere Druck auf den Kolben 12 und schließt
die Klappe n.
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In Abb. 6 ist die Klappen wieder mit einem Kolben 12 verbunden, der
in einem auf beiden Seiten geschlossenen Zylinder 13 gleitet. Hier ist der Raum,
in dem der Druck auf Schluß der Klappe n wirkt, durch eine Leitung 19 mit der Leitung
i vor dem Absperrorgan verbunden, so däß in diesem Raum, des Zylinders ständig der
gleiche Druck herrscht wie in der Leitung i vor der Klappe n. Der andere Raum des
Zylinders, in dem der Druck auf Öffnen der Klappe n wirkt, ist durch eine Ausgleichleitung
2o von kleinerem Durchmesser mit dem Raum hinter der Klappe st verbunden. Außerdem
führt in diesen Raum eine Leitung 21 von größerem Querschnitt, die auf der andern
Seite in dem Dampfraum hinter dem Haupteinlaßorgan der Maschine mündet. In der Leitung
21 ist diesmal keine Drosselvorrichtung vorgesehen.
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Im normalen Betrieb wirkt der durch die Leitung 21 in den Zylinder
13 strömende Frischdampf auf Öffnung der Klappe. Sobald bei Überschreiten einer
bestimmten Drehzahl der Regler das Haupteinlaßorgan schließt, strömt durch die Leitung
21 kein Dampf mehr in den Zylinder 13. Der durch die Leitung i9 eintretende Dampf
verschiebt den Kolben 12 und wirkt auf Schluß der Klappe n: Dabei strömt der auf
der andern Kolbenseite befindliche Dampf durch die Ausgleichleitung 2o in den Räum
hinter der Klappe m ab. Die Leitung 2o könnte beispielsweise auch zum Kondensator
führen.
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In solchen Fällen, bei denen Kraftsteuerung, z. B. mit Drucköl, vorhanden
ist, kann dieses Druckmittel gleichzeitig zur Beeinflussung der Steuervorrichtung
für das Dampfabsperrorgan n verwendet werden. Es kann auch ein beliebiges anderes
Druckmittel Verwendung finden. Die Durchbildung der Steuervorrichtung müßte dann
natürlich diesem Druckmittel angepaßt werden.
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Das Dampfabsperrorgan kann nicht nur zum vollständigen Abschließen
der Dampfleitung zwischen dem größeren Dampfraum und der folgenden Arbeitsstufe,
sondern auch in gewissem Maße zur Regelung des Durchflusses des Dampfes durch diese
Leitung dienen, so daß auch kleinere Belastungsschwankungen ausgeglichen werden
können. Der durch das Dampfabsperrorgan in dem Dampfraum zwischen den Arbeitsstufen
eingeschlossene Dampf wird zweckmäßig selbsttätig aus dem Dampfraum und aus der
zugehörigen Leitung ganz oder teilweise abgelassen, damit bei Wiederan@ahren der
Maschine diese eingeschlossene Dampfmenge nicht eine zusätzliche Leistungs- oder
Drehzahlsteigerung hervorruft.