DE562504C - Regelungseinrichtung fuer Dampfkraftmaschinen, insbesondere Dampfturbinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
26. OKTOBER 1932

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14 c GRUPPE

14c S3.30

Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: 6. Oktober

Patentiert im Deutschen Reiche vom ii. Januar 1930 ab

An die Regelung einer Dampfkraftmaschine, für die in den folgenden Ausführungen die Dampfturbine als Beispiel gewählt werden soll, wird die Forderung gestellt, daß sie durch Beeinflussung der Dampfzufuhr die Leistung der Maschine so schnell als möglich den Bedarfsschwankungen anpaßt; denn je größer die zeitliche Verschiebung zwischen der Änderung der vom Verbraucher angeforderten Leistung und der Einwirkung der Regelung ist, um so unangenehmer wirken sich die Bedarfsänderungen der Verbraucher auf diese selbst und auf die Maschine aus. Ganz besonders ungünstig ist die zeitliche Verschiebung zwischen Leistungsänderung der Maschine und Eingriff der Regelung bei plötzlicher Entlastung; denn dann ist für einen bestimmten Zeitraum die Dampfzufuhr der Maschine bei weitem größer, als dem verringerten Bedarf entspricht, und die Folge davon ist ein Drehzahlanstieg, der leicht bis zum Erreichen der Schnellschlußgrenze steigen kann. Dann spricht der Sicherheitsregler an und schaltet die Turbine ab, ohne daß zunächst betrieblich ein unmittelbarer Anlaß hierzu vorliegt. Die zeitliche Verschiebung zwischen Laständerung und Einwirkung der Regelung ist auf die Massen zurückzuführen, die während des Regelvorganges zu beschleunigen sind. Außerdem wirken bei hydraulischen Regelungen noch Strömungseinflüsse verzögernd, wenn auch hydraulische Regelungen im allgemeinen empfindlicher sind als rein mechanische Regelungen, da bei ihnen nur geringere Massen in Bewegung gesetzt werden müssen. Plötzliche Laständerungen im Sinne einer Entlastung spielen eine ganz besonders große Rolle bei Maschinen, die zum Ausgleich von Spitzenbelastungen dienen, im Gegensatz zu Grundlastmaschinen, deren Laständerungen im allgemeinen langsam und in verhältnismäßig engen Grenzen verlaufen. Ein völliges Stillsetzen durch den Sicherheitsregler ist um so unerwünschter, als auf die plötzliche Entlastung schon in kürzester Zeit wieder eine starke Belastung folgen kann, für welche die durch den Sicherheitsregler stillgesetzte Turbine nicht aufnahmebereit ist; denn sie muß zunächst erneut angefahren werden. Es muß also versucht werden, die Trägheit der Regelung auszuschalten. Da man an den Massebeschleunigungen kaum etwas ändern kann, so muß man Zusatzeinrichtungen zu diesem Zweck vorsehen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, außer dem Regelorgan und dem Schnellschlußorgan ein weiteres Ventil vorzusehen, daß bei plötzlicher Entlastung die Dampfzufuhr zur Maschine zunächst absperrt und sie erst wieder freigibt, wenn der der Entlastung und dem Drehzahlanstieg durch Ab-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Heinrich Hockermann in Mülheim, Ruhr.

sperrung der Dampfzufuhr folgende Drehzahlabfall die Sicherheitsgrenze unterschritten hat. Nach einem weiteren Vorschlag wird auf das Zusatzventil verzichtet und das Schnellschlußventil selbst derart ausgebildet, daß es sowohl im Falle plötzlicher Entlastung, als auch im Gefahrenfalle in Tätigkeit tritt, nur mit dem Unterschied, daß es bei einer Entlastung wieder öffnet,- wenn die ίο Drehzahl genügend abgesunken ist, während es bei Ansprechen im Gefahrenfalle einer Freigabe der Dampfzufuhr nicht mehr fähig ist.

Die Verwendung des Schnellschlußventils zum Ausgleich plötzlicher Entlastungen erscheint unzweckmäßig. Das Schnellschlußventil ist für einen ganz bestimmten Zweck geschaffen, nämlich die Turbine abzuschalten, wenn die zulässige Drehzahl überschritten wird. Bildet man es in einer Weise aus, daß es auch als Schutz bei plötzlichen Entlastungen wirkt, ohne daß die Turbine stillgesetzt zu werden braucht, so besteht die Gefahr, daß durch Hinzufügen zusätzlicher Teile die Zahl der Störungsquellen vermehrt wird, so daß es im Gefahrenfalle versagen kann.

Auch die vorgeschlagene Verwendung eines Ventils, das bei plötzlicher Entlastung den Dampf an der Maschine vorbeileitet, ist nicht günstig, denn es müssen in kurzer Zeit außerordentlich große Dampfmengen abgeführt werden, wofür lange Rohrleitungen erforderlich sind, da man die Dampfmengen unbedingt aus dem Maschinenhaus herausleiten muß. Außerdem wird durch diese Anordnung die Maschine der Regelung entzogen.

Günstiger erscheint es in dieser Beziehung, nach einem anderen Vorschlag einen Zusatzregler zu verwenden, der als Beharrungsregler ausgebildet ist und bei raschen Geschwindigkeitsänderungen zusätzlich den Geschwindigkeitsregler beeinflußt. Hierdurch wird jedoch einer wesentlichen Bedingung, die man an eine Regeleinrichtung zu stellen hat, nicht genügt, nämlich der Verringerung der Massen und damit der Erhöhung der Regelgeschwindigkeit.

Eine Verbesserung der bisher bekannt gewordenen Regelungsanordnungen zum Ausgleich plötzlicher Entlastungen ist Zweck der Erfindung, und zwar bei einem Regelventil, das durch Öldruck offengehalten und durch Federkraft im Schließsinne belastet ist. Die Erfindung besteht darin, daß ein dem Zusatzregler zugeordnetes, in die Druckölleitung eingeschaltetes Steuerglied beim Ansprechen des Zusatzreglers die Aufhebung der Ölbelastung des Regelorgans veranlaßt. Die Trennung zwischen dem Schnellschlußventil als Sicherheitsventil und dem Regelorgan kann bei dieser Anordnung nach wie vor bestehen bleiben, jedoch wird der Wirkungsbereich des Regelorgans auf einfache Weise vergrößert.

Die Erfindung sei an Hand des Ausführungsbeispiels erläutert, das in der Abb. 1 das Schema der Regelung und in der Abb. 2 eine Sonderausbildung des Regelorgans zeigt. Von der Welle 1 aus wird in bekannter Weise ' der Fliehkraftregler 2 angetrieben, der über eine Gestänge 3 auf eine HilfsSteuerung 4 arbeitet. Die von dieser ausgehenden Steuerleitungen 5 und 6 führen zu einem als Drehkolben ausgebildeten Kraftkolben 7, der zur Verstellung der Nockenwelle 8 mit den Steuernocken 9, 10 und 11 gekuppelt ist. Die Rückführung wird durch einen Steuernocken 12 und das Gestänge 13 bewirkt. Die Bauart des eigentlichen Regelorgans ist aus der Abb. 2 zu entnehmen. Der Steuernocken 9 legt sich gegen die Rollen 14 und 15, die an einem durch eine Feder 16 belasteten kolbenartigen Körper 17 befestigt sind, von dem das Gestänge 18 und 19 zu einem Steuerkolben 20 einer HilfsSteuerung führt. Das Drucköl wird durch die Leitung 21 zugeführt und je nach der Stellung des Steuerschiebers 20 auf die Druckleitungen 22 oder 23 verteilt, die in die- Räume 24 oder 25 unterhalb g₀ und oberhalb des Kraftkolbens 26 münden. Wird der Steuernocken 9 im Uhrzeigersinn verstellt, so wird, da der Drehpunkt 27 zunächst als fest anzusehen ist, der Steuerkolben 20 abwärts verschoben und dadurch Drucköl über die Leitung 23 in den Raum 24 unterhalb des Kolbens 26 geleitet, also das Ventil 28 geöffnet. Bei umgekehrter Drehbewegung des Nockens 9 wird entsprechend der Steuerkolben 20 angehoben und dadurch Drucköl in den Raum 25 oberhalb des Kolbens 26 geleitet. Das bei der Bewegung des Kolbens 26 verdrängte Drucköl fließt durch die Leitung 29 ab, und zwar bei Abwärtsbewegung des Kolbens über die Leitung 23 und bei Aufwärtsbewegung des Kolbens über die Leitung 22 und die Bohrung 55.

Der Kolben 26 besitzt Durchtrittsöffnungen 30, die durch eine Platte 31 abgedeckt werden. Diese sitzt an einer Stange 32, die in einem Zylinder 33 einen Kolben 34 trägt. Dieser wird durch die Leitung 35 von oben her durch Drucköl belastet, so daß der Körper 31 entgegen der Kraft der Feder 36 herabgedrückt, der Ablaufraum für das Drucköl also geschlossen wird.

Um auf die Abb. 1 zurückzukommen, zeigt diese, daß die Leitung 21 über die Leitung mit der Druckölleitüng 39 in Verbindung steht, die von den Ölpumpen 40 herkommt. In diesen Ölweg ist ein Schieber eingeschaltet, der aus einem Kolben 41, dem Verstell-

kolben 42 und den Belastungsfedern 43 besteht. Der Raum 44 steht mit einer Leitung 45 und der Raum 46 mit einer Leitung 47 in Verbindung. Die Leitungen 45-und 47 sind Steuerleitungen, die dem Einfluß einer Hilfssteuerung 48 unterstellt sind. Die Steuerleitung 49 ist hinter dem Umschaltschieber 50 eier Schnellschlußsteuerung vom Hauptölstrom abgezweigt. Eine Leitung 51, die ebenfalls an die Hauptleitung angeschlossen ist, führt zu dem Schnellschluß ventil.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist nun folgende:

Solange die Drehzahl der Maschine in den normalen Grenzen schwankt, arbeitet allein der Leistungsregler 2, der Kraftkolben 7 und die Ventilsteuerung mit dem Nocken 9 und der Hilfssteuerung 20. Der ganze, mit der Bauart der Kraftkolben 34 und 42 zusammenhängende Aufbau ist dabei außer Tätigkeit. Diese Regelungseinrichtung ist jedoch nur in der Lage, Drehzahländerungen im Regelbereich des Reglers auszugleichen. Für schnell verlaufende Entlastungen und damit verbundenen plötzlichen Drehzahlspitzen ist sie nicht geeignet. Hierfür ist ein zweiter Regler 52 vorgesehen, der erst anspricht, wenn die Drehzahl der Maschine eine zwar übernormale, aber noch unterhalb der Schnellschlußgrenze liegende Größe angenommen hat. Ist das der Fall, so wird der Steuerkolben 48 aus seiner dargestellten Lage, in der er eine Verbindung zwischen den Leitungen 49 und 45 herstellt, abwärts verschoben, bis er diese Verbindung unterbrochen und dafür eine Verbindung zwischen der Leitung 49 und der Leitung 47 hergestellt hat. Dann wird aber die Leitung 37 an die Druckleitung angeschlossen, d. h. die Leitung, die in den Raum 33 unterhalb des Kolbens 34 führt. Dieser wird dadurch von unten her belastet, während die Leitung 35 drucklos geworden ist. Der Kolben 34 bewegt sich aufwärts und nimmt die Abdeckplatte 31 mit, so daß jetzt der Ablaufraum 30 freigegeben wird. Die Folge davon ist, daß die vorher zusammengedrückt zu denkende Feder 54 den Kolben 26 aufwärts schiebt und dadurch das Ventil 28 schließt.

Die Dampfzufuhr zur Maschine wird also in dem Augenblick abgesperrt, wo die normale Drehzahlgrenze um ein geringes überschritten ist, und zwar dient zur Absperrung das Regelorgan selbst. Es soll aber wieder öffnen, wenn die richtige Drehzahl erreicht ist. Das bewirkt der Regler 52; denn in dem Augenblick, wo die Drehzahl infolge der Absperrung der Dampfzufuhr wieder zurückgeht, wird auch der Steuerkolben 4S wieder in die Lage nach Abb. 1 gebracht, d. h. es wird die Leitung 47 drucklos und die ' Leitung 45 wieder unter Druck gesetzt. Jetzt erhält auch die Leitung 35 wieder Drucköl, Der Kolben 34 wird von oben her belastet und drückt dadurch die Platte 31 gegen ihren Sitz, d. h. die Ablaufbohrungen 30 im Kolben 26 werden wieder geschlossen. Gleichzeitig ist durch den Geschwindigkeitsregler 2 der Steuerstift 20 abwärts geschoben worden; denn er hat das Bestreben, die abgesunkene Drehzahl der Maschine durch Vermehrung der Dampfzufuhr wieder zu erhöhen. Es steht also der Raum 24 unterhalb des Kolbens 26 mit der Leitung 21 in Verbindung. Da jetzt der Ablauf des Drucköls abgeschlossen ist und die Fläche des Kolbens 26 um ein Vielfaches größer ist als die des Kolbens 34, so wird durch den Kraftkolben 26 das Ventil 28 wieder angehoben, und die Turbine läuft in der der verringerten Drehzahl entsprechenden Belastung weiter.

Durch Verstellen des Kolbenschiebers 48 nach unten und die Unterdrucksetzung der Leitung 47 war auch Drucköl in den Raum 46 oberhalb des Kolbens 42 geleitet worden, während der Raum 44 drucklos wurde. Das bedeutet eine abwärts gerichtete Kraft, die auf die Kolben 41 und 42 wirkt. Der Schieber 41 geht nach unten und schließt dadurch die Leitung 39 und damit zugleich die Leitung 38 ab, d. h. es kann kein Drucköl durch die Leitung 21 zu den Steuerleitungen 22 und 23 gelangen. Erst wenn die Drehzahl des Reglers 52 wieder so weit verringert ist, daß der Kolben 48 die dargestellte Lage erreicht hat, kann der eben beschriebene Wiederöffnungsvorgang des Ventils 28 vonstatten gehen.

Spricht der Schnellschlußregler an, der nicht dargestellt ist, so wird durch den Schieber 50 die Druckölzufuhr zu den Leitungen 49 und 51 abgeschaltet. Die Druckölbelastung der Schnellschlußventile fällt weg, und die Maschine wird stillgesetzt. Ein Anfahren ist erst möglich, nachdem durch einen Eingriff von Hand der Umschaltschieber 50 wieder in seine Betriebsstellung gebracht ist.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Regelungseinrichtung für Dampfkraftmaschinen, insbesondere Dampfturbinen, bei welcher der vom Regler ausgehenden Beeinflussung des Regelorgans eine bei plötzlicher Entlastung einsetzende zusätzliche Beeinflussung von einem zweiten Regler überlagert ist, mit einem Ventil, das durch Öldruck offengehalten und durch Federkraft im Schließsinne belastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Zusatzregler (52J zugeordnetes,

   in die Druckölleitung eingeschaltetes Steuerglied (48) beim Ansprechen des Zusatzreglers (52) die Aufhebung der Ölbelastung des Regelorgans (28) veranlaßt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhebung der Ölbelastung des Regelorgans (28) durch ein weiteres, vom Zusatzregler (52) beeinflußtes Steuerglied (31) erfolgt, das beim Ansprechen des Zusatzreglers (52) Abflußbohrungen (30) für das Drucköl des Regelventils (28) freigibt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das als Ventil ausgebildete zweite Steuerglied (31) durch Öldruck auf ein Stellglied (Kolben 34) auf seinem Sitz gehalten und durch eine Feder (36) im Öffnungssinne belastet ist, die das Ventil (31) von seinem Sitz abhebt,-wenn der Zusatzregler (52) die Ölbelastung wegnimmt.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Zusatzregler (52) beeinflußte Stellglied (34) in das Rückführungsgestänge des Regelorgans (28) eingeschaltet ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Absinken des Öldruckes unter einen bestimmten Wert jedes Regelorgan (28) sich selbsttätig schließt, ohne den Impuls durch die Nockenwelle oder die Schließbewegung des Schnellschlußventils abzuwarten.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen