DE513598C - Verfahen und Einrichtung zur Sicherung des Betriebes von Turbinenanlagen, welche mit einem aus hocherhitzter Druckfluessigkeit durch Entspannung gebildeten innigen Gemisch aus Dampf- und Fluessigkeitsteilchen betrieben werden (Nebelturbinen) - Google Patents

Verfahen und Einrichtung zur Sicherung des Betriebes von Turbinenanlagen, welche mit einem aus hocherhitzter Druckfluessigkeit durch Entspannung gebildeten innigen Gemisch aus Dampf- und Fluessigkeitsteilchen betrieben werden (Nebelturbinen)

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DE513598C
DE513598C DEB134763D DEB0134763D DE513598C DE 513598 C DE513598 C DE 513598C DE B134763 D DEB134763 D DE B134763D DE B0134763 D DEB0134763 D DE B0134763D DE 513598 C DE513598 C DE 513598C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/005Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of liquid and steam or evaporation of a liquid by expansion

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

  • Verfahren und Einrichtung zur Sicherung des Betriebes von Turbinenanlagen, welche mit einem aus hocherhitzter Druckflüssigkeit durch Entspannung gebildeten innigen Gemisch aus Dampf- und Flüssigkeitsteilchen betrieben werden (Nebelturbinen) Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sicherung des Betriebes von sogenannten Nebelturbinen, d. h. solchen, welche mit einem aus hocherhitzter Druckflüssigkeit durch Expansion gebildeten innigen Gemisch aus Dampf- und Flüssigkeitsteilchen betrieben werden. Solche Turbinen werden aus einem Wassererhitzer ohne Dampfraum gespeist. Bei diesen Anlagen besteht die Notwendigkeit, zu verhüten, daß durch Abschluß der Leitung der durch den Wassererhitzer geförderten Druckflüssigkeit bei fortdauernder Wärmezufuhr -eine unzulässige, den Betrieb gefährdende Drucksteigerung entsteht. Man kann zur Vermeidung dieser Gefahr diese Anlagen so gestalten und betreiben, daß zwischen dem Wassererhitzer und der Turbine überhaupt kein Absperrorgan angeordnet wird. In diesem Fall wird bei Inbetriebsetzung der Anlage, d. h. bei beginnender Wärmezufuhr zum Wassererhitzer, zunächst das in diesem befindliche kalte Wasser erwärmt. Es ist daher nicht unbedingt erforderlich, wenn auch möglich, daß die Speisung gleichzeitig mit der Wärmezufuhr oder vor dieser angestellt wird. Auf jeden Fall muß aber die Speisewasserzufuhr mit wachsender Temperatur schließlich so weit gesteigert werden, daß der Druck am Eintritt der Expansionsdüse der Nebelturbine mindestens gleich dem der betreffenden Temperatur des Wassers entsprechenden Siededruck ist. Das Abstellen der Turbine erfolgt entsprechend durch Abstellen der Beheizung des Wassererhitzers und gleichzeitiges odernachfolgendes Abstellen seiner Speisung.
  • Dieses Verfahren ist nicht immer anwendbar und insbesondere dann nicht, wenn die Beheizung des Wassererhitzers statt durch eine Düsenfeuerung (öl oder Kohlenstaub) durch eine Feuerung mit festen Brennstoffen erfolgt. Eine solche Feuerung läßt sich nicht rasch genug löschen, wenn, wie dies z. B. im Lokomotivbetrieb erforderlich ist, die Antriebsturbine rasch .ausgeschaltet werden soll. Man müßte in diesem Falle die Turbine auskuppeln und sie unbelastet bis zum Löschen des Feuers leer laufen lassen. Die mit diesem Betriebsverfahren verbundenen Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß zum Abschalten der im Betrieb befindlichen Turbine der Strom des Treibmittels in eine Leitung umgeschaltet wird, die zu einem anderen System führt, welches die heiße Druckflüssigkeit bzw. ihre Energie aufnimmt. Dieses Umschalten hat im Augenblick der Absperrung oder nach einer Unterbrechung, welche im Verhältnis zur Erwärmungsgeschwindigkeit des Erhitzers kurz ist, zu erfolgen.
  • Eine Ausführungsform dieses Betriebsverfahrens besteht beispielsweise- darin, daß -der Heißwäs§erstrom mittels eines Dreiweghahns durch den gleichen Handgriff, welcher die Wasserzufuhr zur Turbine sperrt, auf eine Rohrleitung umgeschaltet wird, die zu -einer zweiten, als Kraftreserve dienenden Turbine führt, deren Energie z. B. in Gestalt von elektrischer Energie aufgespeichert wird. Die Umschaltung könnte statt dessen gegebenenfalls zu einer Rüekwärtsturbine erfolgen, insbesondere bei Fahrzeugantrieben, oder auch zu besonderen Rückwärtsdüsen derselben Turbine, um das Treibmittel, d. h.. das Dampf-Wasser-Gemisch, welches in diesen Düsen gebildet wird, auf einen oder mehrere rückwärts gerichtete Schaufelkränze der-Turbine zu lenken.
  • Diese einfachste Ausführungsform erscheint auch ohne Zeichnungsbeispiel verständlich. Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens besteht in der Umschaltung auf einen Druc%wasserspeicher. Vorteilhaft wird dabei der Speicherkessel ganz oder fast ganz mit Wasser gefüllt gehalten und das durch den Dreiweghahn umgeleitete heiße Druckwasser am höchsten Punkt oder vorteilhaft in abgeteilte Kammern zugeführt, aus denen es die kalte Füllung verdrängt- Der Druck im Speicher steigt dann sehr rasch auf den Druck im beheizten Wassererhitzer. Das erhitzte Wasser wird dann am Boden oder an einer anderen kälteren Stelle entnommen und der Speisepumpe für den Wassererhitzer zugeführt. Während der Speicherung ist hierbei die Speisepumpenarbeit verhältnismäßig sehr klein, da nur ein ganz geringer Druckunterschied zu überwinden ist.
  • In der Zeichnung zeigt die Abb. i schematisch eine Einrichtung zur Durchführung dieser Ausführungsform des Verfahrens. In die Leitung vom beheizten Wassererhitzer i zur Nebelturbine 3 ist ein @ Dreiweghahn z eingeschaltet, an den eine Zweigleitung 7 nach den Kammern 5 eines Heißwasserspeichers q. angeschlossen ist, der im Ausführungsbeispiel als Speisewasserbehälter dient. Von seinem tiefsten, kältesten Punkt führt eine Leitung 6 über die Speisepumpe 8 nach dem Wassererhitzer i. Das Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß, der Speicher q. während des Antriebs der Turbine 3 stets mit kaltem oder vorgewärmtem Wasser gefüllt ist, welches auch, falls die Turbine als Kondensationsmaschine betrieben wird, aus dem Kondensator dieser Turbine entnommen werden kann. Im Augenblick der Abschaltung der Turbine durch den Dreiweghahn a wird gleichzeitig der Kreislauf 1-7-6-8-r geschlossen. In diesem herrscht überall der gleiche Druck, welcher der höchsten Temperatur im Wassererhitzer i ;entspricht; wobei kleine Fehlräume der Füllung, z. B. in der Leitung 7, mit sich entwickelndem Dampf gefüllt werden.
  • Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß die Umschaltung auf ein wärmeentziehendes System irgendwelcher geeigneten Art erfolgt. In der Abb. z ist ein solches Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier ist der Wassererhitzer io über einen beispielsweise mit Stickstoff oder einem anderen inerten Gase gefüllten Windkessel i i mit der Nebelturbine 13 verbunden, welche durch eine Leitung 14 mit einem Oberflächenkondensator 15 verbunden ist. Mittels des Dreiweghahns 12 kann die Zuleitung des Treibmittels zur Turbine auf den Unterdruckdampfraum des Kondensators 15 umgeschaltet werden. Hierbei findet zunächst beim Eintritt des `.heißen Druckwassers in den Kondensatorraum niedrigen Druckes eine Expansion und Verdampfung des Treibmittels statt, worauf sich der Dampf an den vom Kühlwasser durchstrichenen. Flächen des Kondensators niederschlägt; um als abgekühltes Druckwasser durch eine Speiseptunpe 17 in den Wassererhitzer zurückgepumpt zu werden. In diesem Falle wird .also in dem Kondensator dem Treibmittel ein großer Teil der Wärme entzogen. Die so entzogene Wärme kann nutzbringend zu Heizzwecken und gegebenenfalls, beispielsweise bei Zweidruckanlagen, wo, die Nebelturbine den Hochdruckteil bildet, zur Erzeugung bzw. Aufspeicherung von Niederdruckdampf ausgenutzt werden.
  • Die dargestellte Ausführungsform ist nur eine beispielsweise. Die Umschaltung mittels des Dreiweghahns kann allgemein auf einen beliebigen Wärmeaustauscher oder Wärmespeicher erfolgen. Während bei normalem Betrieb der Nebelturbine in dem Wassererhitzer Dampfbildung streng zu vermeiden ist, kann diese im Augenblick der Umschaltung ,auf einen Druckwasserspeicher oder ein wärmeentziehendes System zugelassen wer. den und kann für den so umgeschalteten Betrieb unter Umständen durch den starken Wärmeentzug sogar vorteilhaft sein. Man hat es in der Hand, durch den Querschnitt der Umschaltleitung eine mehr oder minder große Entspannung der heißen Druckflüssigkeit und damit eine Dampfbildung herbeizuführen oder zu vermeiden. Der gasgefüllte Windkessel nach dem Beispiel der Abb. a dient dazu, die kurz dauernde Absperrung, welche bei der Umstellung des Dreiweghabns erfolgt, ungefährlich zu machen und die hierbei auftretende plötzliche Drucksteigerung auszugleichen. - , Zusätzlich zu einem solchen Windkessel oder ,anstatt eines solchen läßt sich eine Gefahr und insbesondere die bei . einem unbeabsichtigten Stehenbleiben des Hahns in der Sperrzwischenstellung dadurch vermeiden, daß der Dreiweghahn in an sich bekannter Weise so ausgebildet wird, daß. die Zwischenwand zwischen den Bohrungen so schmal wird, daß in. dem - Maße, wie die Turbinenzuleitung gedrosselt wird, gleichzeitig zunehmend die Zweigleitung freigegeben wird. Das gleiche Ergebnis läßt sich dadurch erreichen, daß man ein Ventil anbringt, das bei einer bestimmten Drucksteigerung in der Zuleitung vom Wassererhitzer sich selbsttätig öffnet und dem heißen Druckwasser den Zutritt zur Zweigleitung öffnet. Bei der Anordnung eines derartigen Ventils kann das Absperren der Turbine durch einen Einweghahn erfolgen. Dieses Ventil wirkt dann in jedem Falle auch als Sicherheitsventil neben seiner Funktion als selbsttätiges Umschaltventil beim Schließen des Absperrorgans zur Turbinenleitung. Das bei überschüssigem Druck aus der Zuleitung vom Wassererhitzer in die Zweigleitung überströmende Treibmittel geht auf diese Weise nicht verloren, so daß das Offnen des Sicherheitsventils nicht mit Druckwasserverlusten verbunden ist, die ein Nachfüllen erforderlich machen würden.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung ist nicht auf die Verwendung von Wasser als Treibmittel beschränkt, sondern allgemeinanwendbar, auch wenn andere Druckflüssigkeiten, z. B. Kohlensäure, Ammoniak, Anilin, Quecksilber oder sonst geeignete, zum Betrieb der Nebelturbine Anwendung finden. In gewissen Fällen kann statt eines Dreiweghahns oder eines selbsttätigen druckbeeinrlußten Umschaltventils in Verbindung mit einem Absperrorgan in der Turbinenzuleitung in letzterer ein Absperrorgan ganz fortgelassen werden und nur ein Absperrorgan in der zum wärmeentziehenden System führenden Zweigleitung angeordnet sein, um die gewünschte Umschaltung auf die Zweigleitung zu bewirken. Diese Anordnung ist für das Verfahren gemäß der Erfindung dann möglich, wenn die Zweigleitung und das wärmeentziehende System so- gestaltet sind, daß in ihnen ein wesentlich geringerer Drosselungswiderstand dem Treibmittel entgegensteht als in den Düsen der Nebelturbine, in denen die Gemischbildung durch Expansion der heißen Druckflüssigkeit erfolgt. In solchen Fällen genügt das öffnen des Absperrorgans in der Zweigleitung zur Umschaltung, da an dem größeren Widerstand sich das Treibmittel in der Zuleitung zur Turbine staut und von selbst den Weg des wesentlich geringeren Widerstandes wählt.
  • Wesentlich für das Verfahren gemäß der Erfindung ist nur, daß zum Abschalten der im Betrieb befindlichen Nebelturbine der Strom des Treibmittels auf eine Leitung umgeschaltet wird, die zu -einem ' anderen System führt, welches imstande ist, das heiße Treibmittel bzw. seine Energie aufzunehmen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Sicherung des Betriebs von Nebelturbinenanlagen, d. h. solchen, welche mit einem aus hocherhitzter Druckflüssigkeit durch Expansion derselben in den Turbinendüsen gebildeten innigen Gemisch aus Dampf- und---Flüssigkeitsteilen betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß beim Stillsetzen der Nebelturbine und beim Anlassen vor Erreichung des gewünschten Betriebsdrukkes der Strom der im Flüssigkeitserhitzer ,auf die Betriebsspannung gebrachten Treibflüssigkeit 'von der aus diesem zur Nebelturbine führenden Leitung auf eine Leitung geschaltet wird, die über ein die heiße Druckflüssigkeit bzw. ihre Energie aufnehmendes System in den Flüssigkeitserhitzer zurückführt. a. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung auf eine andere Turbine (Kraftreserve- oder Rüakwärtsturbine) oder auf eine Rückwärtsbeschaufelung derselben Turbine erfolgt. 3. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung auf einen Druckflüssigkeitsspeicher erfolgt, der gegebenenfalls in die Speiseleitung des Druckflüssigkeitser'hitzers eingeschaltet wird, so daß beim Abschalten der Turbine ein geschlossener Kreislauf der Druckflüssigkeit durch den Druckflüssigkeitserhitzer und den Druckflüssigkeitsspeidher entsteht. q.. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß: die Umschaltung auf ein wärmeentziehendes System erfolgt. 5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen i und ¢, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Umschaltorgans. (12) die Umschaltung des Treibmittels vom Drudkflüssigkeitserhitzer (io) auf den Unterdruckraum des Oberflächenkondensators (15) der Betriebsturbine (13) erfolgt, so daß die der Druckflüssigkeit des Flüssigkeitserhitzers entzogene Wärme im Wärmeaustausch an die Kühlflüssigkeit dieses Kondensators abgegeben wird. 6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltorgan aus einem Dreiweghahn (z, 1z) besteht. y.. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Dreiweghahn (i2) und dem Druekflüssigkeitserhitzer (i o) ein mit einem inerten Gas gefüllter Windkessel (i i) eingeschaltet ist. 8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreiweghahn so ausgebildet ist, daß sich die Schließperiode der -Zuleitung zur Turbine und die Öffnungsperiode der Abzweigleitung überschneiden. 9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle eines Dreiweg--hahns ein sich selbsttätig bei einem bestimmten Überdruck nach der Zweigleitung" öffnendes Ventil in Verbindung mit einem einfachen Absperrorgan in der Zuleitung zur Turbine vorgesehen ist. i o. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen i und q., dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeentziehende System und die Zweigleitung so gestaltet sind, daß ihr Drosselwiderstand wesentlich geringer ist als derjenige der Expansionsdüsen der Turbine, so daß'für die Umschaltung ein einfaches Absperrorgan- in der Zweigleitung genügt.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0114173A1 (de) * 1983-01-25 1984-08-01 Mitsui Engineering and Shipbuilding Co, Ltd. Vorrichtung und Verfahren zur Anwendung eines thermischen Energiespeichers
WO2005031123A1 (en) * 2003-09-25 2005-04-07 City University Deriving power from a low temperature heat source

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0114173A1 (de) * 1983-01-25 1984-08-01 Mitsui Engineering and Shipbuilding Co, Ltd. Vorrichtung und Verfahren zur Anwendung eines thermischen Energiespeichers
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