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Verfahren zur Lastbereitschaftshaltung von Dampfturbinen mit elektrischen
Stromerzeugern - Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zur Lastbereitschaftshaltung
von Dampfturbinen mit elektrischen Stromerzeugern, bei dem die Reserveturbine bei
elektrisch abgeschaltetem Stromerzeuger mit für die ölförderung der Hauptölpumpe
ausreichender Drehzahl unter vollem Vakuum mit Hilfe von Abdampf oder Anzapfdampf
irgendeiner Hilfseinrichtung angetrieben wird. Hierbei verbraucht die Reserveturbine
jedoch immer noch eine Dampfmenge, die eine derartige Reservehaltung für manche
Betriebe trotz der bereits erreichten Ersparnisse als zu kostspielig erscheinen
lassen kann. Es hat sich nun gezeigt, daß im allgemeinen sogar eine Drehzahl der
Reserveturbine genügt, die unter der Drehzahl liegt, welche z. B. mit der normalen
Abdampfmenge einer. Kondensationshilfsturbine'erreicht wird. Hieraus ergibt sich,
daß bei dieser durch die normale Abdampfmenge, z. B. einer Kondensationshilfsturbine,
erreichten Drehzahl die Radreibungs- und Wirbelungsverluste in der Turbine und die
Lüfterverluste im Stromerzeuger, die Ölpumpenantriebsverluste und die Lagerreibung
noch eine Höhe haben, die weiter verringert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Verringerung nun dadurch erreicht, daß
der Betrieb der Hilfseinrichtung, die den Dampf für die Reserveturbine liefert,
ebenfalls mittels Dampf erfolgt, der bereits nutzbare oder erforderliche Arbeit
geleistet hat. Wie dies ermöglicht wird, zeigen die nachstehenden Ausführungen.
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Vorteilhaft wird als dampfliefernde Hilfseinrichtung irgendeine Hilfsturbine,
z. B. die Kühlwasserhilfsturbine, verwendet. Hierbei kann man die Dampfersparnis
besonders weit treiben, da zwischen der von der Hilfsturbine, z. B. der Kühlwasserhilfsturbine,
benötigten Antriebsdampfmenge und der der Reserveturbine zugeführten Dampfmenge
eine Wechselwirkung besteht. Ist die Dampfmenge, welche in die Reserveturbine gelangt,
gering, so ist infolge dieser Wechselwirkung auch die zur Kondensation erforderliche
Kühlwassermenge klein. Infolgedessen kann die Kühlwasserhilfsturbine mit geringer
Drehzahl umlaufen, so daß ihr Dampfverbrauch ebenfalls gering wird. Von dem Dampfverbrauch
der Hilfsturbine aber hängt wiederum die in die Reserveturbine gelieferte Dampfmenge
und damit die erforderliche Kühlwassermenge ab.
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Der Dampfverbrauch dieser Hilfsturbine nimmt in erster Annäherung
mit der dritten Potenz ihrer Drehzahl ab. Proportional mit diesem verringerten Dampfverbrauch
sinkt
der absolute Dampfdruck vor den Düsen der gedrosselten Hilfsturbine,
woraus folgt, daß beispielsweise bei halber Drehzahl dieser Hilfsturbine der Dampfdruck
vor deren Düsen auf eine oder wenige Atmosphären absinkt.
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Dieser niedrige Dampfdruck gibt die Möglichkeit und Grundlage zu der
neuen Erfindung, bei der die Düsen statt mit Frischdampf mit Abdampf oder Anzapfdampf
von geringem Druck, der also anderwärts bereits nutzbare Arbeit geleistet hat, zu
beaufschlagen. Die Hilfsturbine wird also mit Dampf angetrieben, der in einer anderen
Maschine bereits zu einem hohen Prozentsatz nutzbare Arbeit abgegeben hat, und zwar
mit der Mindestdrehzahl bezüglich der erforderlichen Kühlwassermenge. Der Abdampf
dieser Hilfsturbine wird nach wie vor entsprechend dem Hauptpatent in die Reserveturbine
geleitet und treibt auch diese wiederum mit der Mindestdrehzahl mit Rücksicbt auf
den Bedarf an Lagerölförderung an. Der anteilige Dampfverbrauch für die Reservehaltung
ist demnach durch Erweiterung der Sparschaltung in eine Doppelsparschaltung um einen
hohen Prozentsatz gesunken. Die Doppelsparschaltung bedeutet einen wesentlichen
wirtschaftlichen Erfolg.
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Um Irrtümer zu vermeiden, sei betont, daß es ein an sich bekanntes
Verfahren ist, durch Drehzahldrosselung an Antriebskraft, also an Dampf, zu sparen.
Infolge der beschriebenen wechselseitigen Beziehung zwischen Antriebsmittel und
Fördergut - was für die Kühlwasserpumpe gesagt ist, kann in ähnlicher Weise auch
für andere Pumpen, -%vie für -die Kondensat- und Strahlluftpumpe bei zweckentsprechender
Bauart derselben, gelten - ist es aber möglich, das beschriebene Verfahren bis annähernd
an die Nullgrenze fortzusetzen. Hierdurch sinkt der -Dampfdruck vor den Düsen so
weit, daß als Antriebsmittel auch der Hilfsturbine erfindungsgemäß lediglich Abdampf
verwendet werden kann.
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Es ist wertvoll, daß bei diesem Verfahren eine Verschlechterung des
Vakuums nicht eintritt, da andernfalls der Austrittdampf der Reserveturbine hohe
Temperaturen annehmen könnte.
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Bei Turbinen mit getrennter Lager- und Steuerölleitung ist es zweckmäßig,
eine kleine Querverbindung zwischen diesen beiden Leitungen anzuordnen. Hierdurch
wird erreicht, daß bei niedriger Drehzahl auch die von der Steuerölpumpe geförderte
Ölmenge der Lagerölschmierung zugute kommt.
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Auch die Stopfbüchsen der Reserveturbine sowie die Stopfbüchsen der
Hilfsturbine selbst werden zweckmäßig nicht mehr durch Frischdampf, sondern durch
Dampf derselben oder einer ähnlichen Abdampfquelle gespeist, der die Düsen der Hilfsturbine
beaufschlagt.
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Strömt der Dampf der Antriebsturbine der Speisepumpe in die allgemeine
Anzapf- oder Abdampfleitung, so wird der Dampfdruck in der allgemeinen Anzapfabdampfleitung
auch dann gehalten werden, wenn im Störungsfalle die belastete Hauptturbine plötzlich
ausfallen sollte. Dies ist auch der Fall, wenn diese Speiseturbine normalerweise
stillsteht oder mit niedriger Drehzahl laufen sollte und ihre Regler so eingestellt
sind, daß die Speisepumpenturbine bei Störungen in der Speisewasserversorgung selbsttätig
sofort anspringt.
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Wer sich hierüber hinaus sichern will, ordnet ein kleines Dampfdrosselventil
an, das den für die Düsen der Hilfsturbinen erforderlichen Dampfdruck hält.
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Es kann als angenehm angesehen werden, daß in manchen Fällen der allgemeine
Anzapfdruck mit der Belastung der Turbine ansteigt,. so daß selbsttätig bei höher
belasteten Betriebsturbinen auch die Kühlwasserturbine und auch die Reserveturbine
selbst schneller laufen, so daß zu Zeiten erhöhter Gefahr die entsprechenden Maschinen
bereits mit höherer Drehzahl laufen. Es ist auch möglich, bei höherer Belastung
die Anzapfstufe zu wechseln und während dieser Zeit für den Reserveantrieb Dampf
zu verwenden, der noch besser ausgenutzt ist.
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Bei Nicht-zur-Verfügung-Stehung von Anzapfdainpf wird eine Hilfsturbine
mit Frischdampf beaufschlagt und der Abdampf in eine zweite Hilfsmaschine, von dort
in die Reserveturbine oder erst noch einmal ganz oder zum Teil in eine dritte Hilfsturbine
und dann erst in die Reserveturbine geleitet.
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Diese Hilfsturbinen können Kondensationsturbinen ein- und derselben
Reserveturbine oder beispielsweise zweier benachbarter Reserveturbinen sein. In
letzterem Fall wird also beispielsweise nur etwa die Hälfte des Abdampfes in die
zweite Hilfsturbine geleitet, während die erste Hälfte zum Antrieb der eigenen Reserveturbine
benötigt wird. Diese Schaltung kommt dann in Frage, wenn mehrere Reserveturbinen
als Augenblicksreserve in Betrieb gehalten werden müssen.
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Über diese beschriebenen grundsätzlichen Schaltungen hinaus sind noch
andere Schaltungsarten möglich.
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Es ist weiterhin möglich, das Vakuum für die zweite Reserveturbine
statt durch eine eigene Strahlpumpe durch eine an sich bekannte Querverbindung in
der Luftabsauge-und Kondensatleitung zu erzeugen. Dasselbe ist auch möglich mit
Rücksicht auf die Kühlwassermenge, die den Nachbarkondensator durchströmen muß.
Die Kühlwassermenge
kann durch eine kleine Querverbindung zwischen
'Elen; Kühlwassereintrittsleitungen der beiden Kondensatoren strömen. Das Vakuum
in sämtlichen Reserveturbinen kann auch durch eine. Querverbindung mit dem Vakuum
der in Betrieb befindlichen Hauptturbine erzeugt werden, so daß das Hochhalter des
Vakuums -für die Reserveturbinen mit den geringsten Mitteln erfolgt.
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Es genügt auch, wenn der Kondensator der Reserveturbine nur von Zeit
zu Zeit durch kürzzeitige Inbetriebnahme dieser Kondensatpumpe leer gepumpt wird.
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Abb. r zeigt ein- allgemeines Bild für die neue Dampfsparschaltung.
BT ist die belastete Betriebsturbine, K ihr Kondensator, RT, RT2. die Reserveturbinen,
@Ki, K2 ihre Kondensatoren, Slhl1, SlbI, Motorstrahlpumpe, KM1, Klll2 Kühlwasserpumpe
der ersten Reserveturbine, ST-1, ST, Strahlwasserturbine, KT" KT2 Kühlwasserturbine
der zweiten Reserveturbine.
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a sind die Frischdampfleitungen, b Frischdampfabsperrschieber
oder Ventile, c Turbinenregelventil, d druckabhängiger Speisepumpenregler, e Anzapf-
oder Abdampfleitung, f die Schieber in dieser Leitung, g Rückschlagklappe.
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Der Dampf strömt beispielsweise durch a, b und c zur
Betriebsturbine BT, durch e und Rückschlagklappe g zur ersten Reserveturbine entweder
unmittelbar vor dem Turbinenregelventil c oder über das Umschaltventil h in eine
Stufe von RT, von dort in den Kondensator K, Das Frischdampfventit-b von RT, ist
geschlossen. Gleichzeitig oder bei einer anderen Anordnung strömt eine weitere Anzapf-
oder Abdampfinenge in die Zudampfleitung zur Kühlwasserantriebsturbine KT2, deren
Frischdampfschieber b geschlossen ist. Nach Antrieb der Kühlwasserturbine KT, strömt
er in die Reserveturbine RT2 und von dort in den Kondensator K2. q ist ein
Drosselventil, das bei plötzlichem Fortfall des Anzapfdampfdrucks der Betriebsturbine
Frischdafnpf von a zu KT, überströmen läßt. s ist ein Dampfkühler für den Beaufschlagungsdampf
von RT.-. Das'Vakuum in den beiden Kondensatoren K1 und K, wird beispielsweise durch
die motorangetriebene Strahl- und Kondensatpumpe SLhIi erzeugt. . Die Luftabsaugung
in K, erfolgt durch eine Querverbindung zwischen der Luftabsaugeleitung n., und
n,,. Das Kühlwasser für K1 wird entweder durch KM, oder wirtschaftlicher durch eine
Querverbindung zwischen l und 1, und die Ausstoßleitung m hindurchgedrückt. Das
Kühlwasser für K, wird in diesem Beispiel durch KT2 durch die Kühlwasserleitungen
L, und m> gefördert. Bei Abb. a strömt der Kesseldampf a durch den geöffneten Frischdampfschieber
b der ersten Strahlturbine STi, betreibt die Strahlpumpe, strömt dann über die Rückschlagklappe
g vor die Düsen der Kühlwasserturbine KT" - deren Frischdampfventil b geschlossen
ist. Der Abdampfschieber f, ist geschlossen, während der Abdampfschieber fk nur
schwach geöffnet ist. Der Abdampf von KT, strömt daher zum Teil zur Reserveturbine
RTi. Der andere Teil des Abdampfes von KT, strömt über eine zweite Rückschlagklappeg
zur Kühlwasserturbine KT,, deren Frischdampfschieber b geschlossen ist und deren
Abdampfschieber flt geöffnet ist, und von dort nach RT, oder urimittelbar von KT,
nach RT2. Die Strahlpumpe ST2 oder der Strahlpumpenmotor SM2 können stillstehen,
sofern das Vakuum durch die Querverbindung n und o hergestellt wird.
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Abb. 3 zeigt in etwas vergrößertem Maßstab noch einmal die Schaltung
von ST, und I(Ti, in welcher die eingezeichneten Überströmventile ps und pk erkennen
lassen, daß im Alarmfall bei schnell geöffneten. Frischdampfventilen b von ST, und
K, der Betrieb sichergestellt ist, auch wenn die Abdampfschieber f, oder fk noch
ganz oder zum Teil geschlossen sein sollten.
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Dieses Verfahren gestattet es, im günstigsten Fall den Dampfverbrauch
pro Reserveturbine, die als Augenblicksreserve mit Unterdrehzahl, d. h. mit niedriger
Drehzahl, betrieben wird, auf einen kleinen Bruchteil der Dampfmenge herabzumindern,
die für den normalen Leerlauf mit eingeschaltetem, aber nicht belastetem Stromerzeuger
benötigt wird, oder auf einen kleinen Bruchteil von dem Dampfverbrauch, der benötigt
wird für den Reservebetrieb mit Unterdrehzahl und normal betriebener Kondensation.
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Es sei betont, daß der erwähnte kleinste Dampfverbrauch den gesamten
Bedarf für die Aufrechterhaltung des vollen Vakuums, die Beaufschlagung der Stopfbüchsen
der Hilfs-und Reserveturbinen sowie für die Lagerölschmierung usw. umfaßt. Ferner
sei betont, daß die Hauptdampfleitung vorn Kesselhaus bis zum Haupteingangsventil
der Turbinen unter vollem Frischdampfdruck stehen können und die Anwärmung der Reserveturbinen
so gut ist, daß die Belastung nach erfolgter Parallelschaltung schlagartig erfolgen
kann.
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Für manche Verhältnisse kann es zweckmäßig sein, die Höhe der Austrittsdampftemperatu3-
in der Reserveturbine zu begrenzen. Dies geschieht am einfachsten durch einen Dampfkühler
in einer Zudampf- oder Abdampfleitung vor der Reserveturbine oder vor der Hilfsturbine.
Während
im Alarmfall die Erreichung der vollen Drehzahl bei schnell geöffnetem Haupteinlaßventil
der Reserveturbine sowie der in Frage kommenden Kondensationsturbine in einer Zeit
von weniger als einer Minute unabhängig von der Geschicklichkeit der Bedienung möglich
ist, so kann es vorkommen, daß zum Synchronisieren und Parallelschalten eine Zeit
verbraucht wird, die den Betrag von einer Minute erreicht oder übersteigt.
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Das nachstehende Verfahren ist auch hier geeignet, die Schlagfertigkeit
der beschriebenen Reserve zu erhöhen. Das Verfahren besteht in folgendem: Ist die
Reserveturbine einmal belastet gewesen und, wie üblich, bei ungefähr Leerlauf abgeschaltet
worden, so wird bei dem neuen Verfahren nach dem Abschalten der Stromerzeuger nochmals
genau synchronisiert, ohne parallel geschaltet zu werden. Die bei diesem Syrichronisieren
vorhandene Turbinenreglerstellung bleibt dann unverändert. Dasselbe kann mit dem
Magnetregler oder Hauptstromregler- für die Erregung des Stromerzeugers erfolgen.
Dann wird das Haupteingangsventil der Reserveturbine zugedreht, und der Reservebetrieb
mit Unterdrehzahl kann fortgesetzt werden. Ist so verfahren worden, so besteht die
Gewährleistung, daß im Alarmfall die Reserveturbine mit dem geringsten Zeitverlust
parallel geschaltet und belastet werden kann.