DE529223C

DE529223C - Control of high pressure turbine systems, in particular locomotives

Info

Publication number: DE529223C
Application number: DEM105747D
Authority: DE
Original assignee: J A Maffei A G
Current assignee: J A Maffei A G
Priority date: 1928-07-20
Filing date: 1928-07-20
Publication date: 1931-07-09

Description

Regelung von Hochdruckturbinenanlagen, insbesondere Lokomotiven Bei Hochdruckturbinenanlagen, bei denen die Regelung der Dampfzufuhr zur Maschine durch Drosselung erfolgt, ist es vielfach zweckmäßig, einen Speicher anzuordnen, dessen Druckbereich wesentlich niedriger ist als der im Kessel herrschende Druck. Außerdein pflegt man mit Vorteil den Dampf in einem besonderen Überhitzer erst zu überhitzen bzw. weiterzuüberhitzen, nachdem derselbe eine Drosselstelle durchströmt hat. Bei kleinen Belastungen und insbesondere bei Leerlauf wird nur eine kleine Dampfmenge erzeugt, und es besteht die Gefahr, daß der erwähnte Überhitzer durch die Feuergase zu hoch erwärmt wird, wodurch er sogar verbrennen kann. Besonders groß ist die Gefahr bei Lokomotiven, bei denen bei Stillstand des Zuges auf den Haltestellen die erzeugte Dampfmenge nur sehr gering ist, da hierbei die Dampfzufuhr zu den Hauptmaschinen ganz abgestellt wird.Control of high-pressure turbine systems, especially locomotives High-pressure turbine systems in which the steam supply to the machine is regulated by Throttling occurs, it is often useful to arrange a memory, its Pressure range is much lower than the pressure in the boiler. Besides you It is advantageous to first superheat the steam in a special superheater or to continue to overheat after it has flowed through a throttle point. at small loads and especially when idling, only a small amount of steam is produced generated, and there is a risk that the above-mentioned superheater by the fire gases is heated too high, which can even burn it. The danger is particularly great in the case of locomotives where the generated when the train comes to a standstill at the stops The amount of steam is very small, as this is the steam supply to the main engines is turned off completely.

Durch' vorliegende Erfindung werden diese Nachteile beseitigt. Erfindungsgemäß werden zwei Drosselorgane angeordnet, und .die Regelung der Dampfzufuhr zur Hauptmaschine erfolgt derart, daß von der höchsten Last bis zu einer gewissen Teillast nur - das erste Drosselorgan wirksam ist, während bei weiterem Sinken der Last die Dampfzufuhr zur Turbine nur durch das zweite Drosselorgan geregelt wird. Das erste Drosselorgan schließt also nie ganz ab, bleibt vielmehr im Grenzfalle noch etwas offen, so daß es noch eine getAdsse Dampfmenge hindurchläßt. Der LTberhitzer ist so angeordnet, daß er vom Dampf durchströmt wird, nachdem dieser -durch die erste Drosselstelle geleitet worden ist.The present invention overcomes these disadvantages. According to the invention two throttling devices are arranged, and .the regulation of the steam supply to the main engine takes place in such a way that from the highest load to a certain partial load only - that first throttle is effective, while the steam supply as the load drops further to the turbine is only regulated by the second throttle element. The first throttle organ so never closes completely, rather something remains open in borderline cases, so that it lets a good amount of steam through. The superheater is arranged so that it is traversed by the steam after this -through the first throttle point has been directed.

Bei den allgemein bekannten Ausführungen, bei welchen parallel zu dem Kessel ein Speicher geschaltet ist, welcher die Schwankungen des Dampfbedarfs der Turbine von dem Kessel fernhält und bei welchem der überhitzer vor dem Drosselventil und vor dem Abzweig zu dem Speicher liegt, tritt nun zwar eine Gefährdung des Überhitzers durch einen zu geringen Dampfdurchfluß ebenfalls nicht auf. Diese Ausführungsformen besitzen jedoch nicht die thermischen und dampftechnischen Vorteile, welche bei Betrieb mit Drosselung dadurch entstehen, daß die Hauptdrosselstelle vor den überhitzer gelegt wird, wie dies nachstehend näher erläutert wird.In the well-known versions, in which parallel to A storage tank is connected to the boiler, which records the fluctuations in steam demand which keeps the turbine away from the boiler and in which the superheater is in front of the throttle valve and is located in front of the branch to the storage tank, the superheater is now at risk also does not arise due to insufficient steam flow. These embodiments however do not have the thermal and steam technical advantages that Operation with throttling occurs because the main throttling point is in front of the superheater is laid, as will be explained in more detail below.

Wird bei Hoch- oder Höchstdruckdampfkraftanlagen die Leistung der Hauptkraftmaschine durch Drosselung in der Dampfzuführung vom Hochdruckkessel zur Kraftmaschine eingestellt, so ist es, vom wärmetechnischen Standpunkt aus betrachtet, vorteilhafter, die Drosselstelle vor den Alberhitzer zu legen. Ein paar Angaben aus dem IS-Diagramm mögen dies beweisen: Schaltet man bei einem Hochdruckkessel von ioo Atm. den LTberhitzer in der üblichen Weise hinter den Kessel, überhitzt hier von der bei ioo Atm. herrschenden Sättigungstemperatur - 3io° auf q.00° und drosselt sodann vor der Maschine auf 5o Atm., so fällt, wie dies aus der Drosselgeraden im .IS-Diagramm leicht zu ersehen ist, die Temperatur durch die Drosselung auf 362°; die mittlere Dampftemperatur im Überhitzer betrug o,5 (310-f-400) = 355° C. Drosselt man jedoch schon vor dem überhitzer auf 5o Atm., wodurch die Dampftemperatur auf 263° abgesenkt wird, und überhitzt jetzt ,auf den gleichen Dampfzustand an der Kraftmaschine, also auf 362°, so beträgt die mittlere Dampftemperatur o,5 (263+362,)=-3I30. Im zweiten Falle liegt das Temperaturniveau des Dampfes somit um 42' tiefer als im ersten Falle; es besteht daher auch eine größere Temperaturspanne zwischen Feuergasen und Dampf, so daß pro Flächeneinheit mehr Wärme übertragen werden kann. Folgerung: Wird das Drosselventil vor den Überhitzer geschaltet, dann kann bei Teillasten bei gleicher Überhitzerfläche eine höhere Temperatur erreicht werden; es ergibt sich somit eine bessere Wärmeausnutzung und ein höherer thermischer Wirkungsgrad als bei nachgeschaltetem Drosselventil. Der weitere Vorteil liegt darin, daß der überhitzer selbst nicht unnötigerweise höheren Temperaturen ausgesetzt wird, als-die Überhitzungsternperatux an der Kraftmaschine beträgt. Je höher der Anfangsdruck wird, desto größer werden die vorstehend genannten Vorteile. Die höchstmögliche Wirtschaftlichkeit und höchstmögliche Schonung des Überhitzers wird erzielt bei Kesseln, bei denen der Kesseldruck ständig, ,auch bei Vollast, höher liegt als der Betriebsdruck an der Maschine, wie beispielsweise bei dem bekannten Verdampfungsverfahren von B e n s o n , wo der Kesseldruck über dem kritischen Druck, also über 225 Atm. liegt, während die üblichen Betriebsdrücke an der Hochdruckkraftmaschine 150 bis z So Atm. betragen.If the power of the main engine is adjusted by throttling the steam supply from the high pressure boiler to the engine in high or ultra-high pressure steam power plants, it is more advantageous, from a thermal point of view, to place the throttle point in front of the Alberhitzer. A few details from the IS diagram may prove this: If you switch a high-pressure boiler to 100 atm. the superheater in the usual way behind the boiler, here overheated by the one at 100 atm. prevailing saturation temperature - 3io ° to q.00 ° and then throttles in front of the machine to 50 atm., so, as can be easily seen from the throttle line in the .IS diagram, the temperature falls to 362 ° due to the throttling; the mean steam temperature in the superheater was 0.5 (310-f-400) = 355 ° C. If, however, you throttle to 50 atm. before the superheater, the steam temperature is lowered to 263 °, and you now overheat to the same steam state at the prime mover, that is to say at 362 °, the mean steam temperature is 0.5 (263 + 362) = -3I30. In the second case, the temperature level of the steam is 42 'lower than in the first case; there is therefore also a greater temperature range between flue gases and steam, so that more heat can be transferred per unit area. Conclusion: If the throttle valve is switched upstream of the superheater, a higher temperature can be reached with partial loads with the same superheater area; This results in a better utilization of heat and a higher thermal efficiency than with a downstream throttle valve. The further advantage is that the superheater itself is not unnecessarily exposed to higher temperatures than the superheating star peratux on the engine. The higher the initial pressure becomes, the greater the above advantages become. The highest possible economic efficiency and the highest possible protection of the superheater is achieved with boilers in which the boiler pressure is constantly higher than the operating pressure on the machine, even at full load, such as the well-known evaporation process from Benson, where the boiler pressure is above the critical pressure , i.e. over 225 atm. is, while the usual operating pressures on the high-pressure engine 1 50 to z So Atm. be.

Nun sind bereits Regelungsverfahren bekannt, bei denen der Überhitzer dem Regelungsventil nachgeschaltet ist. Bei diesen bekannten Ausführungsformen ist der dem Regelungsorgan nachgeschaltete Überhitzer jedoch nicht der normale Überhitzer des Kessels, sondern ein gesonderter Hochüberhitzer mit gesonderter Feuerung. Bei hochgespanntem Dampf besitzen diese bekannten Anordnungen zwar die vorstehend geschilderten Vorteile der Drosselung vor dem überhitzer; aber es fehlt ihnen daneben das weitere wesentliche Kennzeichen des Erfindungsgegenstandes, daß nämlich das dem Überhitzer vorgeschaltete Regelungsorgan nie vollständig abschließt, sondern auch in der tiefsten Lage noch eine gewisse beliebig zu wählende Dampfmenge durchläßt, welche durch den Überhitzer in den Speicher gelangen kann, während der vollständige Abschluß der Dampfzufuhr zur Kraftmaschine durch ein nach dem Überhitzer eingeschaltetes Regel- oder Absperrorgan erfolgt. Diese Anordnung hat, wie hier noch näher ausgeführt werden soll, gegenüber den bekannten Einrichtungen erhebliche Vorteile. Fällt z. B. bei ortsfesten Anlagen die Hauptkraftmaschine plötzlich aus dadurch, daß der Sicherheitsregler abstellt, so ist bei den bekannten Regelungsverfahren der überhitzer plötzlich ohne Dampf und könnte hierbei, falls keine Regelung der Feuerung eintritt, unzulässig hoch erwärmt werden; die Überhitzerrohre werden verbrennen. Der Anwendungsbereich der bekannten Verfahren muß sich daher auf Anlagen beschränken, welche einen Überhitzer mit gesonderter und regelbarer Feuerung besitzen, umschließt also z. B. nicht Kessel mit Rostfeuerung. Wird jedoch bei einer Anlage gemäß der Erfindung die Dampfzufuhr zur Hauptturbine plötzlich unterbunden, dann strömt immer noch eine gewisse Dampfmenge durch das nicht vollständig abschließende, vor dein überhitzer angeordnete Regelorgan in den Überhitzer und über das Ventil J (s. Zeichnung), welches zweckmäßiggrweis,e als Sicherheits- oder Überströmventil ausgebildet wird, in den Speicher. Auf diese Art und Weise werden nicht nur die Überhitzerrohre, gekühlt, also vor dem Verbrennen bewahrt, ohne daß die Feuerung eigens geregelt werden müßte, sondern es werden auch Dampf- und damit Speisewasserverluste vermieden, da die Überschußdampfmenge durch den Überhitzer in den Speicher abblasen kann. Gerade der letzte Vorteil darf nicht unterschätzt werden, da Hochdruckkessel bekanntlich besonders sorgfältig gereinigtes Speisewasser verlangen. Weitaus häufiger als im ortsfesten Betrieb kommt das plötzliche Abstellen der Hauptmaschine im Lokomotivbetrieb vor. Unvorhergesehenes Anhalten vor dem Einfahrtssignal, rasches Abstellen an Umbau- oder sonstigen Langsamfahrstellen kommen bei jeder Betriebsfährt sehr häufig vor. Die Einrichtung nach der Erfindung ist daher geeignet, im Lokomotivbetrieb, insbesondere bei den neuerdings gebauten Hochdrucklokomotiven, erheblich zur Steigerung der Sicherheit und Wirtschaftlichkeit beizutragen.Control methods are already known in which the superheater downstream of the control valve. In these known embodiments the superheater downstream of the regulating unit, however, is not the normal superheater of the boiler, but a separate high superheater with separate firing. at With high-pressure steam, these known arrangements have those described above Advantages of throttling in front of the superheater; but they lack something else besides essential characteristics of the subject of the invention, namely that of the superheater upstream regulatory organ never closes completely, but also in the deepest Location still allows a certain amount of steam to be chosen arbitrarily, which through the Superheater can get into the memory during the full completion of the Steam supply to the engine through a control unit switched on after the superheater or shut-off device. This arrangement has, as will be explained in more detail here is said to have significant advantages over the known facilities. For example B. at stationary systems the main engine suddenly from the fact that the safety controller turns off, the superheater is suddenly without with the known control methods Steam and could be impermissible if the furnace is not regulated be heated high; the superheater tubes will burn up. The scope the known method must therefore be limited to systems which have a superheater own with separate and controllable furnace, so encloses z. B. not boiler with grate firing. However, in a system according to the invention, the steam supply suddenly stopped to the main turbine, then a certain amount of steam still flows by the not completely closing control organ arranged in front of the superheater into the superheater and via valve J (see drawing), which is expediently, e is designed as a safety or overflow valve into the memory. To this This way, not only the superheater tubes are cooled, i.e. before burning preserved without the need to specifically regulate the firing, but it is also Steam and thus feed water losses are avoided, since the excess steam through can blow off the superheater into the storage tank. The last advantage in particular is not allowed are underestimated, since high-pressure boilers are known to be particularly carefully cleaned Request feed water. The sudden occurrence is far more common than in stationary operation Parking the main engine in locomotive operation. Unexpected stop in front of the entrance signal, quick parking at conversion or other slow driving areas occur very frequently on every company trip. The device according to the invention is therefore suitable in locomotive operations, especially those recently built High-pressure locomotives, significantly to increase safety and economy to contribute.

Der Umstand, daß bei Einrichtungen gemäß der Erfindung das unmittelbar vor der Kraftmaschine angeordnete Regelorgan den hohen Dampftemperaturen ausgesetzt ist, dürfte kaum zuungunsten der Erfindung sprechen, da bei den allgemein üblichen Regelungsausführungen die Regelventile stets unter hohen Überhitzungstemperaturen arbeiten, ohne daß ihre Zuverlässigkeit dadurch beeinträchtigt würde. - In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt.The fact that in devices according to the invention that directly The control element arranged in front of the engine is exposed to the high steam temperatures is, is unlikely to speak to the disadvantage of the invention, since the common ones Control designs the control valves always under high overheating temperatures work without affecting their reliability. - In the drawing shows an embodiment.

A bedeutet den Kessel, B einen ersten Überhitzer. Kessel und erster Überhitzer können auch z. B. bei Dampferzeugung beim kritischen Druck als ein Ganzes ausgeführt sein. Weiterhin sind zwei Drosselorgane C und E vorgesehen. Der vom überhitzer B kommende Dampf durchströmt erst das Drosselorgan C, dann einen Überhitzer D und sodann das Drosselorgan E. F ist die Zuleitung des Dampfes zur Hochdruckmaschine. Eine weitere Leitung H führt über ein Überströmorgan T zu einem Speicher K, der zum Ausgleich von Schwankungen dient. A means the boiler, B a first superheater. The boiler and first superheater can also be used, for. B. be designed as a whole when generating steam at critical pressure. Furthermore, two throttling devices C and E are provided. The steam coming from the superheater B first flows through the throttle element C, then a superheater D and then the throttle element E. F is the supply line for the steam to the high-pressure machine. Another line H leads via an overflow element T to a memory K, which is used to compensate for fluctuations.

Wird bei Höchstlast von der Hauptinaschine eine Dampfmenge G benötigt, so sei Glia die kleinste Dampfmenge, bis zu der ausschließlich das Drosselorgan C als Regelungsorgan wirkt. Es kann z. B. n- 5 gesetzt werden. Benötigt die Hauptmaschine eine Dampfmenge, die noch kleiner ist als Gln, so tritt das Drosselorgan E in Tätigkeit, während der durch Drosselorgan C freigegebene Ouerschnitt nicht weiter herabgesetzt wird. Bei einer geringen Dampferzeugung, die zwischen o und G/7a beträgt, geht also der gesamte im Kessel erzeugte Dampf durch den Überhitzer, auch wenn ein Teil des Dampfes in der Kraftmaschine nicht gebraucht wird. Was hiervon an der Hauptmaschine nicht gebraucht wird, strömt durch die Leitung H ab und kann z. B. in den Speicher K gefördert werden. Natürlich ist es auch möglich, diese überschüssige Dampfmenge anderweitig abzuführen, z. B. kann man sie in einen. Kondensator oder in einen Vorwärmer leiten. Wirtschaftlicher ist es, die überschüssige Dampfmenge etwa über den Speicher zum Betrieb von Hilfsmaschinen zu verwenden, die sonst, nämlich bei größerer Belastung, anderweitig mit Dampf versorgt werden. Die Betätigung des Überströmorganes T kann selbsttätig erfolgen, indem, wenn das Drosselorgan E in Tätigkeit tritt, der Druck im Überhitzer D und damit auch in der Leitung H steigt. Die Einstellung der Drosselorgane C und E kann entweder von Hand aus oder selbsttätig erfolgen.If a steam quantity G is required by the main engine at maximum load, then glia is the smallest steam quantity up to which only the throttle element C acts as a regulating element. It can e.g. B. n-5 can be set. If the main engine requires an amount of steam that is even smaller than Gln, the throttle element E comes into operation, while the cross-section released by the throttle element C is not further reduced. In the case of low steam generation, which is between 0 and G / 7a, all of the steam generated in the boiler goes through the superheater, even if some of the steam is not used in the engine. What is not needed from this on the main engine, flows through the line H and can z. B. be promoted in the memory K. Of course, it is also possible to dissipate this excess amount of steam in some other way, e.g. B. you can turn them into a. Condenser or into a preheater. It is more economical to use the excess amount of steam, for example via the memory, to operate auxiliary machines that would otherwise be supplied with steam in other ways, namely when the load is greater. The actuation of the overflow element T can take place automatically in that when the throttle element E comes into operation, the pressure in the superheater D and thus also in the line H increases. The setting of the throttling devices C and E can be done either manually or automatically.

Claims

hATLNTANSL'itUC11: Regulation for high pressure turbine systems where a memory is arranged to compensate for fluctuations, especially for locomotives, characterized in that the regulation of the steam supply to the main engine by two throttling devices connected in series, between which the steam again is overheated, takes place in such a way that from the maximum load to a certain partial load only the first throttling device, in the case of lower loads only the second throttle organ effects the regulation, in the second case the one Part of the by the not or not completely closed first throttle member flowing steam, which cannot flow out through the second throttle element, is directed into memory.