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Vorrichtung zur Umschaltung des Antriebes einer Arbeitsmaschine von
normalem auf Dampfturbinenantrieb Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umschalung
des Antriebes einer Arbeitsmaschine, vorzugsweise einer Kondensationspumpengruppe,
für die ein normaler Antrieb und eine ständig mitlaufende Dampfturbine vorgesehen
sind, deren auf eine Steuerungseinrichtung für einen Kraftkolben des Dampfeinlaßventils
einwirkender Regler dieses Ventil normal geschlossen hält, es jedoch bei Ausfall
des normalen Antriebes öffnet.
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Fei derartigen Vorrichtungen ist es bereits bekannt, die Dampfturbine
durch ihren Regler in Betrieb zu setzen, wenn die Drehzahl infolge Ausbleibens des
normalen Antriebes durch die andere Kraftmaschine sinkt. B#zi einer Ausführung geschieht
.dies durch Auslösen eines besonderen Absperrventils. Solche Ventile stellen jedoch
eine bauliche Verwicklung dar, und sie sind zudem schwer gutdichtend auszuführen.
Ferner sind solche Absperrventile, sobald die die Arbeitsmaschine für gewöhnlich
antreibende Kraftmaschine iviedereinsetzt, von Hand zu schließen.
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Bei einer anderen Ausführung wird die Umschaltung auf den Dampfturbinenbetrieb
durch Beeinflussung eines den Kraftkolben für das Dampfeinlaßventil steuernden Schiebers
bewirkt, der von einem Hilfsschieber umgeben ist. Letzterer ist von Hand oder selbsttätig
zu verstellen, um einmal beim Turbinenbetrieb die Vollastdrehzahl des normalen Antriebes
zu erhalten und sodann um nach Beseitigung der Störung, die den Ausfall des normalen
Antriebes zur Folge hatte, das Dampfeinlaßventil wieder ganz zu schließen. Bei .dieser
zweiten Ausführung wird das Dampfeinlaßventil geöffnet, sobald die Drehzahl nur
ganz wenig unter die normale Drehzahl (Vollastdrelizahl) fällt. Schwankt daher während
des normalen Antriebes die Drehzahl etwas stärker, so geht durch die Dampfturbine
bereits Dampf hindurch. Das verursacht sowohl Dampfverluste als auch eine stärkere
Abnutzung .der Turbine, da sie zu häufig in ganz unnötiger Weise mit Dampf beaufschlagt
wird. Ferner wird ein Regler mit großem Ungleichförmigkeitsgrad benötigt, so daß
sich nicht jeder normale Regler ohne weiteres verwenden läßt. Schließlich ist die
Bauart nicht ganz betriebssicher, da der Hilfsschieber nach längerem, normalem Antrieb
leicht in seiner Führung festsitzen kann, so daß er bei eingeleitetem Dampfbetrieb
nicht in der erforderlichen Weise bewegt wird.
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Zweck vorliegender Erfindung ist, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten
Art zu
schaffen, die von einfacher Bauart ist, indem sie es ermöglicht,
mit einem einzigen gesteuerten Regelungsorgan, also ohne eine zweite Absperrvorrichtung
und ohne Sperrvorrichtungen, auszukommen, und welche betriebssicher ist, da ein
Festsitzen von zu bewegenden Teilen nicht vorkommen kann. Ferner bezweckt die Erfindung,
eine Vorrichtung der in Betracht kommenden Art zu schaffen, die Dampfverluste vor
dem Umschalten auf den Turbinenantrieb verunmöglicht und bei welcher das selbsttätige
Umschalten vom Turbinenantrieb auf den norlen Antrieb (für gewöhnlich ein Elektromotorantrieb)
erst erfolgen kann, nachdem Gewähr besteht, daß sich dieser Umschaltvorgang restlos
und sicher abspielen kann und. daß die zweite Kraftmaschine mit der erforderlichen
Drehzahl den Antrieb allein übernehmen kann.
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Um diese Vorteile zu erreichen, läßt bei einer Vorrichtung der eingangs
erwähnten Art gemäß vorliegender Erfindung die Steuerungseinrichtung des Kraftkolbens
für das Dampfeinlaßventil bei ausfallendem Normalantrieb erst in den tiefsten Lagen
:des Reglers das Öffnen des Dampfeinlaßventils zu, während sie, nachdem der normale
Antrieb wieder eingesetzt hat und daher eine Entlastung der Turbine erfolgt ist,
das vollständige und sichere Schließen des Dampfeinlaßventils bewirkt, sobald der
Regler eine höhere Lage erreicht als die, welche er bei Normallast der Turbine einnimmt.
Die Steuerungseinrichtung kann sowohl vom Regler als auch vom Kraftkolben der Dampfturbine
einstellbare, axial verschiebbare Steuerschieber aufweisen, die in bezug auf die
Bewegung der Druckflüssigkeit für den Kraftkolben hintereinandergeschaltet sein
können.
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Auf der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
beispielsweise veranschaulicht, wobei in den verschiedenen Abbildungen der Einfachheit
halber nur das Regelungsorgan und der Regler der Dampfturbine und die mit diesen
in Wirkungsverbindung stehenden Teile der Umschaltvorrichtung dargestellt sind,
während die Dampfturbine selbst sowie der normale Antrieb, für gewöhnlich ein Elektromotor,
und die anzutreibende Arbeitsmaschine, vorzugsweise eine Kondensationspumpengruppe,
nicht gezeigt sind.
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Abb. i bis 3 zeigen eine Ausführungsform mit zwei axial verschiebbaren
Steuerschiebern, die sowohl vom Regler der Dampfturbine als auch: von einem Kraftkolben
für das Regelungsorgan dieser Turbine eingestellt werden, wobei Abb. i die Teile
in der Lage zeigt, die sie bei normalem Antrieb einnehmen, während Abb. 2 die Teile
in der Lage zeigt, die sie bei eben aussetzendem normalem Antrieb einnehmen; Abb.
3 zeigt die Teile in der Lage, die sie beim Antrieb der Arbeitsmaschine durch die
Dampfturbine einnehmen.
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Abb.4 bis 6 zeigen eine zweite Ausführungsform mit einem im Kraftkolben
für das Regelungsorgan geführten, quer zur- Bewegungsrichtung des Kraftkolbens beweglichen
Schieber mit zwei Steuerkurven, von denen die eine bei der tiefsten Stellung des
Turbinenreglers den Zufluß von Druckflüssigkeit, in einem Hohlraum des Schiebers
freigibt, während die zweite Steuerkurve die Verbindung dieses Hohlraumes mit dem
Kraftkolbenzylinder beherrscht. Dabei zeigt Abb. 4 die Teile in der Lage, welche
sie bei normal= Antrieb einneiime:i, Abb. 5 in der Lage bei eben ausgesetztem normalem
Antrieb und Abb.6 in der Lage, wenn .die Dampfturbine die Arbeitsmaschine antreibt.
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Abb.7 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die zwei Steuerschieber
der ersten Ausführungsform als zwei übereinandergreifende, parallelachsig angeordnete
Schieber ausgebildet sind.
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Abb. 8 zeigt schließlich eine Ausführungsform, bei welcher einer der
Schieber unmittelbar mit dem Regler verbunden ist.
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In den verschiedenen Abbildungen bezeichnet i das als Ventil ausgebildete
Regelungsorgan der nicht gezeigten Dampfturbine, das von einem Kraftkolben 2 verstellt
werden kann. 5 bezeichnet den Geschwindigkeitsregler der Dampfturbine. 3 und 4 sind
zwei axial verschiebbare Steuerschieber, welche den Zufluß von Druckflüssigkeit
zum Kraftkolben 2 beherrschen und in bezug auf die Bewegung dieser Druckflüssigkeit
über eine Leitung 7 hintereinandergeschaltet sind. Die Schieber 3, 4, welche in
den Abbildungen nur schematisch, also nicht im richtigen Größenverhältnis dargestellt
sind, sind an eine Stange 6 angelenkt, die in Wirkungsverbindung mit der Muffe des
Reglers 5 steht: die Stange 6 ist ihrerseits bei 9 gelenkig finit der den Kraftkolben
:2 mit dem Ventil i verbindenden Stange io verbunden. Die die Schieber 3, .i aufweisende
Steuereinrichtung wird also sowohl vom Regler 5 als auch vom Kraftkolben 2 eingestellt.
8 bezeichnet eine auf den Kraftkolben 2 einwirkende Feder, welche im Sinne eines
Schließens des Regelungsventils i wirkt.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist folgende: Bei
normalem Antrieb, d. h. also wenn die nicht gezeigte Arbeitsmaschine beispielsweise
von einem Elektromotor angetrieben wird, nehmen die Teile
der Umschaltvorrichtung
die in Abb. I gezeigte Lage ein, wobei die-Turbine leer initläuft. Der Regler 5
steht in der Mittellage. Der Steuerschieber q. nimmt eine tiefe Lage ein, und er
würde Druckflüssigkeit nach der unteren Seite des Kraftkolbens 2 strömen lassen,
falls der Steuerschieber 3 die Verbindung zwischen der nicht gezeigten Druckflüssigkeitsquelle
und der Leitung 7 nicht absperren würde. Der Schieber 3 gibt in der in dieser Abb.
i gezeigten Lage einen engen Abfluß i i für durchsickernde Druckflüssigkeit frei,
so daß die Feder 8 in der Lage ist, das Regelungsventil i in der geschlossenen Lage
zu halten.
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Setzt nun der normale Antrieb aus irgendeinem Grunde aus, so sinkt
auch die Drehzahl der von diesem Antrieb angetriebenen, leer mitlaufenden Dampfturbine,
so daß der Regler 5 sinkt. Das hat eine Schwenkung der Stange 6 um den Punkt
9 zur Folge, so daß der Schieber d. in eine noch tiefere Lage verstellt wird, wobei
er nach wie vor die Leitung 7 mit dein Raum unter dem Kraftkolben 2 in Verbindung
hält (Abb. 2). Der Steuerschieber 3 wird dagegen gehoben, so daß er nun, wie durch
Pfeile A angedeutet, Druckflüssikeit in die Leitung 7 und dadurch nach' der unteren
Seite des Kraftkolbens 2 strömen läßt. Das bedingt eine Bewegung des Kraftkolbens
2 nach oben, so daß das Regelungsventil i geöffnet wird. Die Dampfturbine bekommt
jetzt Dampf und übernimmt den Antrieb der nicht gezeigten Arbeitsmaschine, und zwar
mit gleicher Drehzahl wie während des normalen Antriebes. Die Teile nehmen jetzt
die in Alxb. 3 gezeigte Lage ein, wobei der Regler 5 wieder die gleiche Lage wie
in Abb. i einnimmt, da ja, wie erwähnt, die Drehzahl der Turbine dieselbe ist wie
bei normalem Antrieb. Da aber jetzt ,das Regelungsventil i offen ist, befindet sich
der Drehpunkt 9 in einer höheren Lage. und infolgedessen hält der Steuer.chieber
3 die Verbindung zwischen der Drackllüssigkeitsquelle und der Leitung 7 frei. Der
Steuerschieber .I steht somit in Verbindung mit der Druckflüssigkeitsquelle,und
dieSteuereinrichtUng 3, d. sorgt jetzt in bekannter Weise für die Einstellung des
Regelungsventils i in die der augenblicklichen Belastung der Dampfturbine entsprechende
Lage.
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Dabei ist ein vollständiges Schließen des Regelungsventils i, zum
Zwecke, den Turbinenbetrieb auf normalen Betrieb augenblicklich umzustellen, erst
möglich, nachdem der Regler 5 in eine höhere Lage gebracht worden ist als die. welche
er beim Turbinenbetrieb einnimmt. Letzteres kann unmittelbar von Hand veranlaßt
oder mit Hilfe einer nicht gezeigten Ferneinstellung, z. B. elektromagnetische,
vom Anlasser der normalen Antriebsmaschine veranlaßt werden oder auch dadurch erreicht
werden, daß beim Anlassen der normalen Antriebsinaschine die Drehzahl der Maschine
infolge gegenseitiger Entlastung über den normalen Wert steigt und der Regler 5
somit eine so hohe Lage einnimmt, daß der Steuerschieber 3 den Durchfluß von Druckflüssigkeit
zur Leitung 7 absperrt und, bei i r einen Abfluß ermöglicht, so daß die Feder 8
den Kraftkolben 2 herunterdrücken kann. Auf diese Weise wird das Ventil i geschlossen,
und die Turbine erhält keinen Dampf mehr; die Steuereinrichtung nimmt dann wieder
die in Abb. i gezeigte Lage ein.
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Die in Abb. d. bis 6 veranschaulichte Ausführungsform weist an Stelle
der zwei Steuerschieber 3, .4 der ersten Ausführungsform einen einzigen Steuerschieber
12 auf, der quer zur Bewegungsrichtung des KraftkoIbens 12 in einer Ausnehmung von
rechteckigem Querschnitt dieses Kolbens verschiebbar ist, wobei er durch die seitlichen
Begrenzungswandungen der Ausnehmung geführt wird. Ein bei 13 drehbar gelagerter
Hebel 1q. verbindet die Muffe des Turbinenreglers 5 mit dem Schieber 12, der zwei
Steuerkurven 15, 16 besitzt, von denen die eine, 16, bei tiefster Stellung des Reglers
5 eine Öffnung i7 abdeckt, .durch die Druckflüssigkeit aus einer im Kraftkolben
2 vorgesehenen Bohrung 18 in einen Hohlraum ig des Schiebers strömen kann. Die zweite
Steuerkurve 15 ist zum Zusammenarbeiten mit einer Öffnung 2o bestimmt, welche nach
deren Abdeckung über eine im Kolben 2 vorgesehene zweite Bohrung 21 eine Verbindung
zwischen dem Hohlraum i 9 und dein Raum 22 unterhalb des Kolbens 2 ermöglicht.
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Die Wirkungsweise dieser zweiten Ausführungsform ist folgende: Bei
normalem Antrieb, also wenn die Turbine von der normalen, nicht gezeigten Antriebsmaschine
leer mitgenommen wird, nehmen die Teile die in Abb. d. gezeigte Lage ein. Der Regler
5 und der Schieber 12 nehmen dann ihre Mittellage ein, wobei das Steuerventil i
geschlossen ist, und der Kraftkolben 2 befindet sich demzufolge in seiner tiefsten
Lage. Der Hohlrauin i9 des Steuerschiebers 12 steht über die Bohrung 2 1 mit dem
Raum 22 unter dem Kraftkolben 2 in Verbindung. Die Steuerkurve 16 deckt dagegen
die Üffnung i; zu, so daß keine Druckflüssigkeit aus der ständig mit einer nicht
gezeigten Druckflüssigkeitsquelle in Verbindung stehenden Bohrung 18 in den Hohlraum
i9 strömen kann. Infolgedessen kann keine Druckflüssigkeit in den Raum 22 gelangen,
und die Feder 8 ist in der Lage, das Regelungsventil i in der geschlossenen
L-ge
zu halten, so daß kein Dampf in die l urbine gelangt. -Setzt der normale Antrieb
aus irgendeinem Grunde aus, so nehmen die verschiedenen Teile vorerst die in Abb.
5 gezeigte Lage ein. Der Regler 5 befindet sich dann in der tiefsten und der Steuerschieber
12 in seiner äußersten linken Lage. Die Steuerkurve 16 hat jetzt die Öffnung 17
aufgedeckt, und da auch die Öffnung 2o aufgedeckt ist, kann Druckflüssigkeit aus
der Bohrung 18 vorerst in den Hohlraum i9 und aus diesem durch die Bohrung 2i in
den Raum 22 gelangen. Das hat eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 22 zur Folge, so
daß das Regelungsventil i geöffnet wird und nun die Dampfturbine den Antrieb übernimmt.
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Abb. 6 zeigt die Teile in der Lage, die sie beim Antrieb durch die
Dampfturbine und bei normaler Drehzahl einnehmen. Der Regler 5 und der Steuerschieber
12 nehmen wieder ihre Mittellage ein. Nimmt die Drehzahl der Turbine ab, so wird
der Schieber i2 nach links bewegt, wobei die Öffnung 2o aufgedeckt wird, so daß
jetzt Druckflüssigkeit aus dem Hohlraum i9 in den Raum 22 gelangen kann, was ein
Heben des Kraftkolbens 2 zur Folge hat, bis beim neuen Gleichgewichtszustand die
Öffnung 2o durch die Steuerkurve 15 wieder zugedeckt wird. Bei zunehmender Drehzahl
wird dagegen der Schieber 12 nach rechts bewegt, wodurch ,die Bohrung 2i mit dem
freien Abfluß verbunden wird und die Feder 8 das Regelungsventil i nach abwärts
bewegen kann, bis beim neuen Gleichgewichtszustand die Öffnung 2o wieder durch die
Steuerkurve 15 zugedeckt wird.
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Soll wieder auf den Antrieb durch die normale Antriebsmaschine übergegangen
werden, so ist der Schieber 12 z. B. von Hand in die äußerste Lage rechts zu bringen,
was .dann ein vollständiges Schließen des Regelungsventils i zur Folge hat, da dann
der Raum 22 unter dem Kolben 2 mit dem freien Abfluß verbunden ist.
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Anstatt den in Abb. 4 bis 6 gezeigten Schieber 12 so auszubilden,
d.aß er quer zur Bewegungsrichtung des Kraftkolbens :2 verschoben werden kann, kann
er als ein parallelachsig zum Kraftkolben :2 und durch diesen geführter Drehschieber
ausgebildet werden. Auch in diesem Falle ist er wieder mit zwei Steuerkurven zu
versehen, von denen die eine bei der tiefsten Stellung des Reglers den Zufluß der
Druckflüssigkeit in einen Hohlraum .des Schiebers freigibt, während die zweite Steuerkurve
die Verbindung dieses Hohlraumes mit dem Kraftkolbenzylinder beherrscht.
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Anstatt die Steuerschieber 3, 4 in der in Abb. i bis 3 gezeigten Weise
in bezug auf die Bewegung der Druckflüssigkeit für den Kraftkolben hintereinanderzuschalten,
können sie in der in Abb. 7 gezeigten Weise auch übereinandergreifend parallelachsig
angeordnet sein. Da in den Abb. i bis -3 und 7 die sich entsprechenden Teile mit
denselben Bezugszeichen belegt sind, erübrigt sich eine nähere Beschreibung der
in Abb.7 veranschaulichten Ausführungsform.
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Bei der in Abb. 8 gezeigten Ausführungsform ist von den zwei übereinandergreifenden
Steuerschiebern 3, 4 der Steuerschieber 3 unmittelbar mit dem Regler 5 verbunden,
während der andere, 4, an die Stange 6 angelenkt ist. Diese ist am einen Ende bei
24 drehbar gelagert und am anderen Ende bei 9 gelenkig mit der Kraftkolbenspindel
io verbunden. Der Steuerschieber 3 gibt bei normalem Antrieb einen Durchlaß 23 frei,
durch welchen Sickeröl aus dem Kraftkolben 2 entweichen kann. Die Feder 8 hat auch
hier das Bestreben, das Regelungsventil i in der geschlossenen Lage zu halten, in
welcher der Schieber 4 zusammen mit dem Schieber 3 den Zufluß von Drucköl zum Kraftkolben
absperrt.
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Bei aussetzendem Normalantrieb, d. h. bei sinkender Drehzahl, wird
der Schieber 3 nach abwärts bewegt und schließt dadurch die Öffnung 23 ganz ab,
während durch den Schieber 4 hindurch Druckflüssigkeit zum Kraftkolben 2 gelangen
kann, der infolgedessen das Ventil i öffnet. Beim Öffnen des Ventils i wird der
Schieber :. dürcli Stange 6 auch gehoben, so dafl bei wieder steigender Drehzahl,
d. h. bei Übernahme des Antriebes durch die Turbine, der Zufluß von Druckflüssigkeit
zum Kraftkolben :2 offen bleibt. Bei 23 entsteht ein von ,der Stellung des Reglers
5 unabhängiger Durchfluß, welcher in bekannter Weise die Stellung des Kraftkolbens
2 und dadurch des Ventils i beeinflußt.