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Regelvorrichtung für die Entnahme von Dampf oder Gas aus Räumen verschiedenen
und wechselnden Druckes Im Kraftwerksbetrieb ist es vielfach wünschenswert, bestimmte
Dampfmengen für irgendwelche Betriebszwecke zur Verfügung zu haben. Dabei sind die
notwendigen Dampfmengen im Verhältnis zu der Gesamtdampfmenge der Maschine so gering,
daß es sich nicht lohnt, die Hauptmaschine mit einer geregelten Entnahmestelle zu
versehen und dadurch den Hauptbetrieb wesentlich zu verschlechtern. Man rüstet deshalb
in derartigen Anlagen die Hauptmaschine mit sogenannten ungeregelten Entnahmestellen
aus. Bei derartigen Anlagen ist es nachteilig, daß je nach Belastung der Hauptmaschine
der Anzapfdruck an der Entnahmestelle schwankt. Einige Dampfverbrauchsanlagen können
derartige Druckschwankungen vertragen, jedoch ist es in vielen Fällen wünschenswert,
nach Möglichkeit nicht unterhalb eines bestimmten Druckes zu kommen. In solchen
Fällen sieht man an der Turbine zwei oder mehr Entnahmestellen vor und benutzt bei
hohen Belastungen der Maschine die untere Entnahmestelle, während man bei geringen
Belastungen der Hauptmaschine die Dampfentnahme auf die höhere Entnahmestelle umschaltet.
Derartige Umschaltungen müssen entweder von Hand vorgenommen werden, oder sie bedingen
die Anordnung besonderer Ventileinrichtungen, die die Umschaltung selbsttätig vornehmen.
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Bei derartigen Umschaltungen waren bisher Zwischenstellungen nicht
zulässig, da sonst Dampf von der oberen Entnahmestelle über das Umschaltventil durch
die niedere Entnahmestelle in die Turbine zurückströmen würde, was einen empfindlichen
Energieverlust bedeutet. Will man einen derartigen Verlust nicht in Kauf nehmen,
so muß man das Umschaltventil oder die Umschaltventile von der einen Endstellung
in die andere bringen, was plötzliche Druckänderungen in der Sammelleitung zur Folge
hat.
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Diese Nachteile sollen durch die Erfindung vermieden werden. Zu diesem
Zwecke werden erfindungsgemäß die Entnahmeleitungen durch Ventile beherrscht, die
bei abnehmendem Druck an der Entnahmestelle allmählich schließen und bei abnehmendem
Druck in der Sammelleitung allmählich öffnen. Insbesondere ist es zweckmäßig, die
Entnahmeleitungen niedrigeren Druckes mit einem Ventil auszurüsten, welches bei
abnehmendem Druck an der Entnahmestelle allmählich schließt, während die Entnahmeleitung
höheren Druckes ein Ventil erhält, welches bei abnehmendem
Druck
in der Sammelleitung allmählich öffnet. Sind mehr als zwei Entnahmestellen vorhanden,
dann erhalten die mittleren Entnahmeleitungen Ventile, welche einerseits bei abnehmendem
Druck an der Entnahmestelle allmählich schließen, andererseits bei abnehmendem Druck
in der Sammelleitung allmählich öffnen. Auf diese Weise wird es ermöglicht, den
Druck über einen bestimmten Bereich annähernd gleich zu erhalten, ohne die Gefahr
in Kauf nehmen zu müssen, daß Dampf aus der Entnahmestelle höheren Druckes nach
der Entnahmestelle geringeren Druckes zurückströmt.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt.
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Die Abb- i zeigt eine Dampturbine D, deren Abdampf im Kondensator
F niedergeschlagen wird. Von der Dampfturbine wird ein Stromerzeuger angetrieben.
Die Turbine D besitzt zwei .Entnahmestellen, die von den Ventilen A und
B beherrscht werden. An der Entnahmestelle niedrigeren -Druckes sitzt das
Ventil A, welches vom Impuls A1 derart geregelt wird, daß es bei sinkendem Druck
an der Entnahmestelle schließt. An der Entnahmestelle höheren Druckes sitzt das
Ventil B, welches vom Impuls Bz derart geregelt wird, daß es bei sinkendem Druck
in der S_ ammelleitung G öffnet.' Versieht man die beiden Ventile A und
B
mit derartigen Impulsen, dann stellt sich die Dampfversorgung der Dampfverbraucher
in der Sammelleitung G wie folgt dar: Die Abb.2 zeigt ein Schaubild, in welchem
als Ordinate der Ventilhub und als Abszisse der Druck aufgetragen ist. Es muß dabei
beachtet werden, daß bei der folgenden Betrachtung der Druck an der Entnahmestelle
und der Druck in der Sammelleitung auseinandergehalten werden, da der Druck in der
Sammelleitung, also hinter dem Ventil, um den-Drosselverlust kleiner ist als der
Druck vor dem Ventil oder an der Entnahmestelle. Es sind beispielsweise statische
Regler angenommen, von denen der eine das Ventil A schließt, wenn der Druck in der
Entnahmeleitung von a bis b sinkt, und der andere das Ventil B öffnet,
wenn der Druck in der Sammelleitung von d bis e sinkt.
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Angenommen, die Maschine D sei hoch belastet, dann herrscht an beiden
Entnahmestellen ein hoher Druck, und zwar wird der Druck an der Entnahmestelle niedrigen
Druckes größer sein als a. Infolgedessen hat der Impuls A1 das Ventil A völlig geöffnet.
Die Sammelleitung G, die zu den Verbrauchern führt, besitzt dann ebenfalls diesen
hohen Druck, so daß der Impuls BZ das Ventil B ganz geschlossen hält, da ja der
Drück wesentlich über d liegt. Entlastet sich nun allmählich die Maschine, dann
sinken gleichzeitig die Drucke an den Entnahmestellen. An den Ventilstellungen wird
indessen nichts geändert, solange sich der Druck an der Entnahmestelle niedrigen
Druckes oberhalb a befindet. Ist der Druck an der Entnahmestelle allmählich so weit
gesunken, daß er unterhalb a liegt, dann beginnt das Ventil A
zu schließen,
und zwar so weit, als es dem jeweiligen Druck entspricht, und so lange, als er im
Druckbereich a-b liegt. Infolge der teilweise geschlossenen Stellung des Ventils
entsteht in ihm ein Druckverlust, so daß sich in der Sammelleitung ein niedrigerer
Druck einstellt als an der Entnahmestelle. Dieser Druck liegt auf der Linie a-f.
Dem Druck la an der Entnahmestelle entspricht auf diese Weise der Druck g in der
Sammelleitung. Das Druckgefälle la-g ist dann der durch das Ventil A verursachte
Druckverlust.
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Sinkt der Druck an der Entnahmestelle noch weiter, so wird das Ventil
A entsprechend der Impulslinie a-b noch weiter geschlossen. Gemäß der Erfindung
soll nun das Ventil B die obere Entnahmestelle öffnen, bevor das Ventil A völlig
abschließt, ohne daß Dampf aus der Entnahmestelle höheren Druckes zur Entnahmestelle
niedrigen Druckes strömen darf. Wie das Schaubild erkennen läßt, kann das Ventil
B zu öffnen beginnen, wenn der Druck der Sammelleitung unterhalb des Druckes an
der unteren Entnahmestelle liegt, also unterhalb b. Es wird dann immer ein Druckunterschied
zwischen dem durch die Entnahmestelle höheren Druckes in die Sammelleitung strömenden
Dampf und dem Dampf von der Entnahmestelle niedrigeren Druckes vorhanden sein, so
daß ein Überströmen von der ersteren nach der letzteren -Entnahmestelle nicht möglich
ist.
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Das Ventil B könnte schon öffnen, wenn das Ventil A sich bei den Punkten
x oder y befindet; zweckmäßig wird rnan aber den Punkt d, der den Offnungsdruck
für das Ventil B darstellt, etwas unterhalb b legen.
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Das Ventil B. wird sich also entsprechend dem Dampfdruck in der Sammelleitung
in irgendeine Zwischenstellung zwischen e - d
einstellen. Im Druckbereich
d-f werden beide Ventile gleichzeitig offenstehen, ohne daß das unerwünschte Überströmen
des Dampfes zu befürchten ist. Bei noch kleinerer Belastung der Maschine wird der
Druck an der Entnahmestelle niedrigen Druckes bis b sinken und das Ventil A völlig
abschließen, so daß dann das Ventil B allein die gesamte Dampfversorgung-- der Sammelleitung
übernimmt. Wächst in der Sammelleitung der Dampfverbrauch weiter an, dann wird das
Ventil B ganz öffnen, so daß der Druck in der
Sammelleitung bis
e sinken wird. Bei noch weiterem Absinken der Maschinenlast wird dann auch der Druck
in der Sammelleitung in gleicher Weise sich weiter vermindern bei immer ganz geöffnetem
Ventil B.
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Beim Wiederansteigen der Leistung der Hauptmaschine wiederholen sich
die Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge, ufld zwar selbsttätig und ohne wesentliche
Energieverluste. Ein geringer Verlust tritt lediglich als Drosselverlust in dem
Ventil in Erscheinung. Er ist jedoch von geringem Nachteil, da an das von den Entnahmestellen
gespeiste Dampfnetz meist Wärmeverbraucher geschaltet sind, denen es auf eine Zufuhr
einer bestimmten Wärmemenge ankommt und weniger darauf, bei welchem Drucke diese
Wärme zugeführt wird. Die entsprechende Anordnung kann auch bei mehr als zwei Entnahmestellen
vorgesehen werden. Die mittleren Entnahmestellen enthalten dann sowohl einen von
der entsprechenden Entnahmestelle abhängigen Impuls als auch einen Impuls, der von
dem Druck in der Sammelleitung beeinflußt wird.
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In manchen Betrieben ist es erwünscht, daß der Dampfdruck für die
Wärmeverbraucher möglichst gleich gehalten wird. Für einen derartigen Fall kann
im wesentlichen die gleiche Anordnung gewählt werden, wie im ersten Beispiel beschrieben,
nur daß zu den angeführten Impulsen noch weitere Impulse hinzutreten, die die Gleichhaltung
des Druckes sowohl oberhalb des Regelbereiches als auch unterhalb desselben bewerkstelligen.
Die Schaltung einer derartigen Anlage ist in Abb. 3 dargestellt, wobei der Einfachheit
halber vorausgesetzt wird, daß der Dampfverbrauch in der Sammelleitung sich nicht
ändert.
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Auch in Abb.3 ist eine Dampfturbine wiedergegeben, deren Abdampf dem
Kondensator fzuströmt und darin niedergeschlagen wird. Die Maschine besitzt zwei
Anzapfstellen mit Ventilen A und B, die beide sowohl von Impulsen i, entsprechend
dem Entnahmedruck, als auch von Impulsen 2, entsprechend dem Druck in der Sammelleitung
0s, beeinflußt werden, und zwar derart, daß die Ventile bei zunehmendem Druck an
den Entnahmestellen und bei abnehmendem Druck in der Sammelleitung öffnen. Außerdem
ist noch zu der Turbine ein Drosselventil. C parallel geschaltet, welches mit einem
Dampfkühler ausgerüstet ist. über das Ventil C strömt der in der Sammelleitung G
erforderliche Dampf für den Fall, daß die Turbine D ganz geringe Belastung besitzt.
Die Impulse 2, die im öffnenden SinHe auf die Ventile A, B, C einwirken,
sind so aufeinander abgestimmt, daß sie nacheinander zur Wirkung kommen, und zwar
in der Reihenfolge, wie die Entnahmestellen an der Dampfversorgung Anteil nehmen
sollen, und zwar soll das Ventil A zuerst die Dampfversorgung übernehmen, da hierbei
der Dampf am besten ausgenutzt wird. Daran schließt sich dann die Dampfversorgung
durch das VentilB, und erst hierauf wird gedrosselter Frischdampf durch das Ventil
C zur Dampflieferung herangezogen. Die Ventile A und B sind außerdem noch
mit Grenzimpulsen i ausgerüstet, die das Umschalten zu bewirken haben. Wie auch
in dem zuerst beschriebenen Beispiel muß dabei der Grenzimpuls jedes Ventils so
hoch eingestellt sein, daß er höher liegt als sämtliche Impulse der später zur Wirkung
kommenden Ventile. Es heißt dies mit anderen Worten, daß der Impuls A1 höher liegen
muß als sämtliche anderen Impulse (als A?; B', B2, C2) und daß Impuls
B' höher liegen muß als Bz und C2; aus Abb. 4 ist dies ohne weiteres zu erkennen.
Der Zweckeiner derartigen Schaltung ist wieder der, daß in der Sammelleitung, die
zu den Verbrauchern führt, im Falle von Zwischenstellungen der Ventile
A und B immer ein niedrigerer Druck herrscht als an allen Entnahmestellen,
die durch ganz oder teilweise geöffnete Ventile damit verbunden sind.
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In Abb,,4 ist wieder ein Schaubild dargestellt, welches die Wirksamkeit
der Ventile leichter verständlich macht. Für die Schilde-,jung ist es wieder zweckmäßig
von der Annahme auszugehen, daß die Belastung der Maschine hoch sei und allmählich
auf niedrige Belastung abnehme. Bei hoher Belastung sind die Drucke an den Entnahmestellen
hoch, so daß die Impulse A', Bl der Öffnung der entsprechenden Ventile keine Grenzen
setzen. Der Impuls BZ wird aber das Ventil B völlig geschlossen halten, und
der ImpulsA2 wird das Ventil A so weit öffnen, daß nur die gewünschte Dampfmenge
hindurchströmen kann. Dem Druckbereich an der Entnahmestelle niedrigenDruckes oberhalb
des.Druckesilg (vgl. Abb.4) entsprechen dann Ventilstellungen zwischen den Drucken
1-m.
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Nimmt die Belastung der Maschine, wie angenommen, ab, so sinkt der
Druck an der Entnahmestelle, an der das Ventil A .sitzt, ebenfalls. Als Folge davon
geht durch das Ventil A, das sich noch in der Stellung bei L
befindet,
weniger Dampf hindurch; da der Verbrauch der gleiche ist, sinkt der Druck in der
Sammelleitung. Auf diesen Druckabfall spricht der Impuls AZ an und öffnet das Ventil
wieder so weit, daß der Dampfdurchsatz durch das Ventil A dem Dampfverbrauch in
der Sammelleitung entspricht. Bei diesem ganzen Vorgang greift vorläufig der Impuls
A1 noch nicht ein, da sich der Druck
an der Entnahmestelle selbst
noch oberhalb a befindet. Ist der Druck an der Entnahmestelle bis a abgefallen,
so sei die Stellung entsprechend Punkt in erreicht. Ist an der Entnahmestelle ein
Druck vorhanden, der sich zwischen a und b befindet, so spricht der Impuls
A' an und veranlaßt eine Bewegung des Ventils im Sinne des Schließens, was
ein Sinken des Druckes in der Entnahmeleitung zur Folge hat, so daß neben dem Impuls
AI auch der Impuls AZ anspricht, wobei dieser Impuls eine Bewegung des Ventils im
Öffnungssinne bewirkt. Die beiden Innpulse wirken sich also entgegen, und es stellt
sich schließlich eine Endstellung des Ventils ein, die zwischen m und st liegt.
Der Punkt n liegt dabei oberhalb von m, da sich ja der Druck an der Entnahmestelle
entsprechend der Impulsgröße A' gesenkt hat. Ist nun der Impuls AZ in seine Endstellung
d gekommen, dann hat der Impuls A' das Ventil bereits entsprechend Punkt n geschlossen,
und in der Sammelleitung herrscht ebenfalls ein Druck entsprechend zz. Sinkt der
Druck an der Entnahmestelle nunmehr noch um einen ganz geringen Betrag, so schließt
der Impuls A1 das Ventil nöch weiter; und da der Impuls AZ nicht mehr entgegenwirkt,
so sinkt der Druck in der Sammelleitung von ya-o. Im Punkt o ist nun ein Druck entsprechend
g erreicht, 'und von hier beginnt bereits das Ventil B anzusprechen, indem es durch
Impuls B= geöffnet wird. Bei weiterem Absinken des Druckes an der& Entnahmestelle
wird nun das Ventil A durch den Impuls A1 allmählich geschlossen, und die restliche
Dampflieferung wird durch das Ventil B besorgt. Ist der Druck an der Entnahmestelle
bis b gesunken, dann ist das Ventil A geschlossen entsprechend Punkt und das Ventil
B hat die gesamte Dampflieferung entsprechend Punkt q übernommen.
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Von hier ab wiederholen sich nun bei weiterem Absinken der Belastung
der Maschine die gleichen Vorgänge für das Ventil B wie oben geschildert für das
Ventil A. Im Bereich q-y gleicht der Impuls BZ die Druckabnahme an der Entnahmestelle
aus. Im Bereich r-s wirkt Impuls B2 dem Impuls Bi entgegen, und im Bereich t-u teilen
sich die Ventile B und C in die Belieferung der Sammelleitung mit Dampf.
Ist der Druck an der Entnahmestelle des Ventils B bis f gesunken, dann ist
das Ventil B entsprechend Punkt u ganz geschlossen, und das Ventil
C übernimmt entsprechend Punkt v die gesamte Dampfversorgung.
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Unwesentlich für die Erfindung ist es, wenn noch mehr Entnahmestellen
hintereinandergeschaltet werden oder wenn die Entnahmestellen nicht an Turbinen,
sondern z. B. an Verdichtern angebracht sind. Wesentlich ist, wie bereits erwähnt,
daß die Impulse so eingerichtet sind, daß in keinem Falle das Arbeitsmittel von
einer Stufe in die andere durch die Anzapfventile gelangen kann.
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Die Regelventile können darüber hinaus auch noch mit weiteren Impulsen
ausgerüstet sein, die auf irgendwelche anderen Drücke oder Temperaturen ansprechen.
Außerdem können auf das Verbrauchernetz noch andere Dampfversorger arbeiten.