DE565162C - Speisung von Fluessigkeitserhitzern zum Betriebe von Nebelturbinen - Google Patents

Speisung von Fluessigkeitserhitzern zum Betriebe von Nebelturbinen

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DE565162C
DE565162C DEB145554D DEB0145554D DE565162C DE 565162 C DE565162 C DE 565162C DE B145554 D DEB145554 D DE B145554D DE B0145554 D DEB0145554 D DE B0145554D DE 565162 C DE565162 C DE 565162C
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    • F22STEAM GENERATION
    • F22DPREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D5/00Controlling water feed or water level; Automatic water feeding or water-level regulators
    • F22D5/26Automatic feed-control systems
    • F22D5/36Automatic feed-control systems for feeding a number of steam boilers designed for different ranges of temperature and pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22DPREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D5/00Controlling water feed or water level; Automatic water feeding or water-level regulators
    • F22D5/02Controlling water feed or water level; Automatic water feeding or water-level regulators with an intermediate compartment from which the water is fed by gravity after mechanically moving the compartment, the movement being controlled according to water level

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Description

  • Speisung von Flüssigkeitserhitzern zum Betriebe von Nebelturbinen Unter Nebelturbinen versteht man Kraftmaschinen nach Art einer Turbine, welche mit einem innigen Gemisch kleinster Flüssigkeitströpfchen mit dem Dampf derselben Flüssigkeit betrieben werden. Dieses Gemisch wird durch Entspannung einer auf hohe Temperatur und hohen Druck gebrachten Flüssigkeit, z. B. Wasser, in einer Düse gebildet. Solche Nebelturbinen weichen von den Dampfturbinen darin ab, daß sie keinen Dampfkessel, sondern nur einen Flüssigkeitserhitzer besitzen. Die Speisung des Flüssigkeitserhitzers ist naturgemäß stärker als die Speisung eines Dampfkessels, da, auf die Gewichtseinheit der Flüssigkeit bezogen, weniger Wärme als bei der Dampfmaschine umgesetzt wird. Außerdem arbeiten die Nebelturbinen mit durchschnittlich höheren Drucken, als sie bei der Dampfmaschine zur Zeit üblich sind. Deshalb ist die Frage der Speisung bei Nebelturbinen eine viel wichtigere und schwierigere, als sie es bei Dampfturbinen ist. Einer normalen Speisung mit Hilfe einer Kolbenpumpe steht weiter noch im Wege, daß die Nebelturbinen viel höhere Umdrehungszahlen haben als normalerweise . Dampfturbinen (abgesehen von den Laval-Turbinen) und es deshalb einer starken Heruntersetzung der Umlaufzahl bedarf, um eine Kolbenpumpe antreiben zu können.
  • Es ist bekannt, die Kessel von Dampfmaschinen mit sogenannten Pulsometern zu betreiben, wobei unter Pulsometer allgemein die Anordnung zu verstehen ist, bei der Frischdampf auf die Oberfläche der Speiseflüssigkeit drückt und sie in den Kessel hineinfördert. Da der Dampf an sich nur denselben Druck hat wie in dem zu speisenden Kess°l, ist es erforderlich, einen geringfügigen Mehrdruck durch eine Flüssigkeitssäule zu schaffen, welche unter dem Einfluß der Schwerkraft steht. Die Freigabe des Raumes, den die Speiseflüssigkeit ursprünglich eingenommen hatte, erfolgt dann durch Niederschlag des Dampfes, und zwar unter Benutzung einer selbsttätigen Steuerung.
  • Dieses Verfahren ist indessen bei einer Nebelturbine nicht anwendbar, da bei dieser kein Dampf von einem Drucke zur Verfügung steht, welcher vergleichbar mit dem Drucke im Erhitzer wäre. Vielmehr entsteht bei ihr Dampf erst durch Entspannung der heißen Druckflüssigkeit in der Düse. Dabei liegen die thermisch-mechanischen Verhältnisse so, daß eine nennenswerte Menge von Dampf erst auftritt, wenn die Entspannung auf einen Bruchteil des ursprünglichen Druckes fortgeschritten ist. Das heiße Preßwasser etwa zum Betreiben des Pulsometers selbst zu verwenden, kommt nicht in Frage, da sein Rauminhalt nur wenig verschieden von dem Rauminhalt der einzuspeisenden Flüssigkeitsmenge ist.
  • Gemäß der Erfindung ist die Aufgabe, Flüssigkeitserhitzer zum Betrieb von Nebelturbinen zu speisen, dadurch gelöst, daß dem Flüssigkeitserhitzer der Nebelturbine ein Hilfsdampferzeuger zugeordnet ist, dessen Dampf nur die Betriebskraft für eine einen nach außen abgeschlossenen Förderraum bildende, pulsierend wirkende Speisevorrichtung liefert, deren Abdampf unter Abgabe seiner Wärme an die Speiseflüssigkeit des Flüssigkeitserhitzers in einem Wärmeaustauscher niedergeschlagen wird. Die Wärmeabgabe des Abdampfes der Speisevorrichtung an das Speisewasser erfolgt dabei vorteilhaft an einer Stelle, wo das Speisewasser bereits unter dem hohen Druck des Erhitzers steht, um eine Dampfbildung infolge der Wärmezufuhr auszuschließen. Vorteilhaft liegen ferner auch die Umsteuerungsglieder der Speisevorrichtung innerhalb des geschlossenen Förderraumes derselben, damit Undichtheiten an den beweglichen Teilen nur ein Überströmen innerhalb der Vorrichtung herbeiführen können. Die Folge der Speisezeiträume wird vorteilhaft durch Strömungsdrosselung in einer der Zuleitungen zum Speisezylinder der pulsierenden Speisevorrichtung beeinflußt, und die Regelung dieser Folge geschieht vorteilhaft durch ein in seiner Drehzahl veränderliches Uhrwerk. Um ferner durch Mischung der ungleich warmen Teile der pulsierend zugespeisten Flüssigkeit deren Temperatur auszugleichen, ist eine Druckausgleichvorrichtung auf der Hochtemperaturseite des Erhitzers, d. h. also zwischen diesem und der Turbine, vorgesehen, und diese Druckausgleichvorrichtung kann zur selbsttätigen .Elbstellung der Wärmezufuhr zum Flüssigkeitserhitzer und Hilfsdampfkessel in der, Weise benutzt werden, daß beim Überschreiten eines bestimmten Füllungs- oder Druckzustandes in dieser Druckausgleichvorrichtung und im Flüssigkeitserhitzer die Wärmezufuhr selbsttätig unterbunden wird.
  • Die Zeichnung stellt eine beispielsweise Ausführungsform dar.
  • Die Abb. i zeigt schaubildlich eine Nebelturbinenanlage mit Speisung gemäß der Erfindung.
  • Die Abb. 2, 3 und 4 sind Längsschnitte und. Querschnitte durch die Speisevorrichtung.
  • Die Abb.5 zeigt teilweise im Schnitt eine elektrische Umsteuerung für die Speisevorrichtung.
  • In der Abb. i ist i die Turbine, -, sind die Düsen, in denen der Dampfflüssigkeitsnebel erzeugt wird. Der Erhitzer besteht nach dem Beispiel aus einem Schlangenrohr 4, einem Wärmeschutzmantel5 und einem Flüssigkeitsbrenner 6. Die Brennstoffzufuhr erfolgt selbsttätig durch ein Regelventil 30, das zu diesem Zweck mittels einer Leitung 17 unter dem Einfluß des Druckes in der Hauptleitung 3 für die Druckflüssigkeit steht. Bei Uberschreiten eines bestimmten Druckes wird die Heizflüssigkeit gedrosselt. 31 ist ein Handabsperrventil. Durch die Feuerung wird ein Hilfsdampfkessel beheizt, der nach dem Beispiel aus Wasserröhren 7 und ringförmigen Wasser-und Dampfsammlern 8 und 9 besteht. Der erzeugte Dampf tritt durch eine Leitung 1o in einen Speisezylinder 11, welcher zwei rohrförmige Ansätze 12 und 13 hat. Die Speiseflüssigkeit, z. B. Wasser, tritt aus dem Kondensator 14 der Turbine über ein Rückschlagventil15 nach dem Speisezylinder. Dieser Zutritt erfolgt selbsttätig. Wird der in dem Zylinder 11 bewegliche Kolben 33 (Abb. 2) in der Zeichnung nach abwärts bewegt, so tritt das Speisewasser unter Schließung des Rückschlagventils 15 über ein Rückschlagventil 16 in die innere Rohrschlange 18 eines Wärmeaustauschers, der den Mantel des Erhitzers a. umgibt. Die äußere Rohrschlange 1g nimmt durch eine Leitung 24 aus dem Speisezylinder il den Abdampf auf, der an der Wandung der inneren Rohrschlange 18 niederschlägt. Das Kondensat wird durch eine Leitung 21 über ein im Rohransatz 12 angeordnetes Steuerglied, einen Zwischenbehälter 22 und ein weiteres Steuerglied im Ansatz 12 durch eine Leitung 23 dem Dampfkessel ? wieder zugeführt. In die vom Dampfsammler g zum Speisezylinder 11 führende Dampfleitung 1o ist ein Drosselventil 26 eingeschaltet. Eine Leitung 25 verbindet den unteren Rohransatz 13 des Speisezylinders mit der inneren Rohrschlange 18 des Wärmeaustauschers. Der Dampfsammler g ist ferner über ein Sicherheitsventil 3-- mit der äußeren Rohrschlange 1g des Wärmeaustauschers verbunden. Die innere Rohrschlange 18 des Wärmeaustauschers ist ferner durch eine Leitung 2o an den Erhitzer 4 angeschlossen. In dem Speisezylinder n bewegt sich ein Kolben 33, dessen Kolbenstange 39 nach dem gezeichneten Beispiel am unteren Ende als Kolben 34 ausgebildet ist. Im oberen Teil ist die Kolbenstange 39 seitlich mit einem Führungsansatz 42 versehen, welcher sich in einer Nut 43 eines Schleppschiebers 40 führt, der in dem Rohransatz 12 gleitet. Der Schleppschieber 4o wird in seine Endlagen durch eine Feder 38 mittels eines in eine Aussparung 37 eingreifenden Hebels 36 übergeführt. Die Kolbenstange 39 nimmt, wenn sie sich ihrer unteren oder oberen Endstellung nähert, den Schleppschieber 40 mit. In der gezeichneten Stellung ist angenommen, daß sich der Kolben 33 unter dem Einfluß des auf dem kleinen Kolben 34 stehenden hohen Druckes im Erhitzer 4 nach oben bewegt.
  • Der Speisungsvorgang verläuft folgendermaßen: In dem Erhitzer 4 herrsche ein Druck von 15o at, in dem Speisungsdampfkessel 7, 8, g ein solcher von 155 at. Der Kolben 33 befinde sich in seiner höchsten Stellung. In diesem Augenblicke werden durch Schleppschieber 4o die Verbindungen so gelegt, daß der Raum über dem Kolben 33 mit dem Dampfkessel verbunden wird. Diese Verbindung wird gegebenenfalls durch teilweises Schließen des Ventils 26 gedrosselt. Zugleich wird der Weg von dem Zwischenbehälter 22 zum Dampfkessel 7, 8, g freigegeben, so daß der Inhalt dieses Zwischenbehälters in den Kessel ausläuft. Der Kolben bewegt sich nun nach unten und schiebt das darunter befindliche Wasser über das Rückschlagventil16 in die innere Rohrschlange 18 des Wärmeaustauschers und weiter in den Erhitzer. Wenn die tiefste Stellung des Kolbens erreicht ist, erfolgt Umsteuerung. Der Weg zum Dampfraum des Kessels schließt sich, ebenso schließt sich die Verbindung zwischen dem Zwischenbehälter 22 und dem Dampfkessel 7. Dafür öffnet sich die Verbindung 21 vom Zwischenbehälter 22 nach dem unteren Ende der Rohrschlange ig des Wärmeaustauschers. Dabei läuft das Kondensat aus der Schlange 1g in den Zwischenbehälter 22 hinein. Beim Umstellen der Verbindungen strömt naturgemäß zunächst der Dampf, welcher sich in dem Zwischenbehälter 22 statt des ausgeflossenen Speisewassers gesammelt hat, in die äußere Rohrschlange ig des W ärmeaustauschers. Die gesamte Wärme des Dampfes, soweit sie nicht unmittelbar in mechanische Arbeit beim Bewegen des Kolbens umgesetzt ist und soweit sie nicht durch Wärmeleitung nach außen verlorengegangen ist, wird dabei in das Speisewasser übergeführt, indem sich der Dampf an der Außenwandung des inneren Schlangenrohres 18 des Wärmeaustauschers niederschlägt. Deshalb muß das L"berströmen von Dampfmengen, sei es durch das Sicherheitsventil 32, sei es aus dem Zwischenbehälter 22, ohne Arbeitsleistung vermieden werden, denn es bedeutet einen Wärmeübergang ohne wesentlichen Verlust. Das Regelverfahren gemäß der Erfindung gestaltet sich sehr einfach, wenn man den Dampfkessel reichlich überbemißt. Dann geschieht alle Regelung dadurch, daß das Sicherheitsventil 32 dauernd mehr oder weniger Dampf in die äußere Rohrschlange ig übertreten läßt. Die Aufwärtsbewegung des Kolbens 33 erfolgt unter dem Drucke, welcher den Hilfskolben 34 nach oben schiebt. Dabei tritt selbsttätig das Niederschlagswasser der Nebelturbine i in den Raum unterhalb des Kolbens. Der Hilfskolben 34 und damit die Leitung -25 könnten gegebenenfalls fortfallen und dafür entweder eine Feder angeordnet sein, welche die Aufwärtsbewegung bewirkt, oder der Speisezylinder ix könnte so tief gelegt sein, daß die Flüssigkeitssäule vom Kondensator 14 her den Kolben 33 nach oben drückt, sobald durch Niederschlag in der Rohrschlange ig der Dampfdruck über dem Kolben 33 genügend klein geworden ist. Es ist im allgemeinen vorteilhaft, um die Speisung schnell arbeiten zu lassen und ihre Abmessungen dadurch klein zu machen, die Druckverhältnisse so zu wählen, daß der Niederschlag in der äußeren Schlange ig des Wärmeaustauschers nur bis auf einen Druck von einigen Atmosphären, z. B. 3, fortzuschreiten braucht, wenn der Kolben sich heben soll. Die Stärke der Speisung durch Änderung der Hubdauer des Kolbens kann, wie angegeben, durch das Drosselventil 26 oder ein an anderer geeigneter Stelle eingeschaltetes Drosselglied verändert werden. Diese Beeinflussung kann aber auch mittels einer elektrischen Kontaktsteuerung erfolgen, von der ein Ausführungsbeispiel in Abb. 5 gezeigt ist. Statt des Schleppschiebers 4o ist in dem oberen Rohransatz i2 ein Schieber 5o angeordnet, der gelenkig mittels Waagebalkens 51 mit einem Eisenkern 52 verbunden ist. Dieser Kern bewegt sich in dem Stutzen eines Gehäuses 53 aus Nicht-Eisenmetall, z. B. Messing, und wird durch eine Spule 54 gegen die Wirkung einer Feder 55 beeinflußt. Die Erregung der Spule erfolgt über eine Schaltuhr 56, deren Drehzahl mittels eines Hebels 57 regelnd veränderlich ist. Wird eine solche Außensteuerung für das Steuerglied verwendet, so kann jedes Mittel zur Aufwärtsbewegung des Kolbens 33 fortfallen, der dann also lediglich ein frei spielender Trennungskolben ist. Will man auf den Vor teil dieser Trennung zwischen Dampf und Speisewasser verzichten, so kann auch dieser frei spielende Kolben wegfallen.
  • Bei dein gezeichneten Ausführungsbeispie liegen vorteilhafterweise alle Steuerungsgliede im Inneren des Rohransatzes 12, so daß ledig lich die Rohrzuleitungen nach außen abzudichten sind und Leckstellen innerhalb eine geschlossenen Raumes liegen. Wegen der seh großen Empfindlichkeit des Flüssigkeitserhitzers, wie er hier zum Unterschied von einem Dampfkessel angewendet wird, gegen Zusatzspeisung, ist diese Bedingung von erheblicher Bedeutung.
  • Die Steuerung kann in jeder geeigneten bekannten Weise ausgeführt sein. Erfindungsgemäß aber ist es besonders vorteilhaft, die Steuervorgänge in einen nach außen vollkommen abgeschlossenen Raum zu verlegen, wie dies auch in der Zeichnung angenommen ist. Dann sind ausschließlich nach außen hin die Rohrleitungen abzudichten, und Undichtigkeiten der Hähne führen nur zum Überströmen von Wasser oder Dampf innerhalb des Systems.
  • Um den Flüssigkeitserhitzer dem Einfluß der durch die pulsierende Speisevorrichtung ausgeübten Stöße zu entziehen, ist eine Druckausgleichvorrichtung 6o auf der Hochtemperaturseite, d. h. zwischen dem Erhitzer 4 und der Turbine i, vorgesehen. Hierdurch werden nicht nur die sich aus der pulsierenden Speisung ergebenden Stöße vom Flüssigkeitserhitzer ferngehalten, sondern es erfolgt auch ein Temperaturausgleich durch Mischung der verschieden warm in den Speisezeiträumen aufeinanderfolgenden Flüssigkeitsteile. Infolge der langsauren Stöße der gespeisten Flüssigkeit würden sonst, ohne die Druckausgleichvorrichtung, unerwünschte Schwankungen sowohl des Druckes wie der Temperatur entstehen.
  • Der Betrieb einer mit der Speisung gemäß der Erfindung versehenen Nebelturbinenanlage geschieht vorteilhafterweise wie folgt: Beim Abstellen der Nebelturbine x wird von dem Bedienenden der Zufluß zu den Düsen durch einen Dreiweghahn 61 gesperrt und zugleich der Raum zwischen Düsen und diesem Dreiweghahn mit dem Kondensator 1q. verbunden. Das gleiche tritt ein, wenn während des Betriebes durch den Fliehkraftregler 63 der Turbine ein zweiter Dreiweghahn 62 umgeschaltet wird.
  • Nachdem die Abstellung erfolgt ist, findet weitere Wärme- und Speisewasserzufuhr zu dem Erhitzer ¢ statt. Diese füllt den Ausgleichspeicher 6o und schafft für das nachfolgende Wiederanlassen eine erhebliche Druckflüssigkeitsreserve. Die Abschaltung der Speisung. und der Wärmezufuhr erfolgt selbsttätig bei Uberschreiten einer gewissen Füllung des Ausgleichspeichers bzw. beim Überschreiten eines gewissen Druckes in demselben. Dabei wird weiter erfindungsgemäß so verfahren, daß ausschließlich die Brennstoff- oder Brennluftzufuhr abgesperrt wird, ersteres bei Flüssigkeitsbrennern, letzteres beim Heizen mit festem Brennstoff. Die genannte Absperrung erfolgt bei einem Druckzustande, welcher genügend weit unterhalb des vorgesehenen Höchstdruckes liegt. Die Abschaltung kann elektrisch oder mechanisch in an sich bekannter Weise erfolgen.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCIiE: i. Speisung von Flüssigkeitserhitzern zum Betriebe von Nebelturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Flüssigkeitserhitzer der Nebelturbine ein Hilfsdampferzeuger zugeordnet ist, dessen Dampf nur die Betriebskraft für eine einen nach außen, abgeschlossenen Förderraum bildende, pulsierend wirkende Speisevorrichtung liefert, deren Abdampf unter Abgabe seiner Wärme an die Speiseflüssigkeit - des Flüssigkeitserhitzers in einem Wärmeaustauscher niedergeschlagen wird.
  2. 2. Speisung von Flüssigkeitserhitzern zum Betriebe von-Nebelturbinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabgabe des Abdampfes der Speisevorrichtung an das Speisewasser an einer Stelle erfolgt, wo dieses bereits unter dem hohen Drucke des Erhitzers steht, so daß eine Dampfbildung infolge der Wärmezufuhr ausgeschlossen ist.
  3. 3. Speisung von Flüssigkeitserhitzern zum Betriebe von Nebelturbinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des geschlossenen Förderraumes der Speisevorrichtung auch die Umsteuerungsglieder liegen, so daß Undichtigkeiten an den bewegten Teilen nur zu einem Überströmen innerhalb des Systems führen. q..
  4. Speisung von Flüssigkeitserhitzern zum Betriebe von Nebelturbinen nach Anspruch=, dadurch gekennzeichnet, daß die Folge der Speisezeiträume durch Strömungsdrosselung in einer der Zuleitungen zum Speisezylinder beeinflußt wird.
  5. 5. Speisung von Flüssigkeitserhitzern zum Betriebe von Nebelturbinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Folge der Speisezeiträume mittels eines in seiner Drehzahl veränderlichen Uhrwerks geregelt wird.
  6. 6. Speisung von Flüssigkeitserhitzern zum Betriebe von Nebelturbinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckausgleichvorrichtung auf der Hochtemperaturseite des Erhitzers vorgesehen ist, der durch Mischung der ungleich warmen Teile der pulsierend zugespeisten Flüssigkeit deren Temperatur ausgleicht.
  7. 7. Speisung von Flüssigkeitserhitzern zum Betriebe von Nebelturbinen nach Anspruch i und 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Überschreiten eines bestimmten Füllungs-oder Druckzustandes in der Druckausgleichvorrichtung und im Flüssigkeitserhitzer die Wärmezufuhr selbsttätig unterbunden wird.
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