DE597882C

DE597882C - Control method for centrifugal machines, especially gas and steam turbines

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Publication number: DE597882C
Application number: DEM119955D
Authority: DE
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Priority date: 1932-06-01
Filing date: 1932-06-02
Publication date: 1934-06-01

Description

Wirtschaftliche Kreiselmaschinen, insbesondere Turbinen, arbeiten bekanntlich vorwiegend mit mehrfacher Gefälleumsetzung im Gegensatz zu reiner Geschwindigkeitsabstufung. Die einfachste Form der Leistungsregelungfür derartige Kreiselmaschinen ist die sogenannte Drosselregelung. Bei dieser Regelungsart wird der Druck des Arbeitsmittels zwecks Verkleinerung der Leistung durch Verkleinerung eines der Kreiselmaschine vorgeschalteten Drosselquerschnitts abgedrosselt. Das Arbeitsmittel füllt dann die die Gefälleumsetzung bewirkenden Schaufelkanäle der Kreiselmaschine bei verringerter Durchströmmenge vermöge des durch die Ausdehnung auf den verringerten Dr.uck vergrößerten Rauminhalts aus. Bei diesem Reg'elungsvorgang treten im Drosselquerschnitt infolge des abzudrosselnden Druckunterschiedes hoheEconomical gyroscopic machines, in particular Turbines, as is well known, work mainly with multiple gradients in the In contrast to pure speed graduation. The simplest form of power control for such gyroscopic machines is the so-called throttle control. With this type of regulation is the pressure of the working fluid in order to reduce the performance Reduction of a throttle cross-section upstream of the centrifugal machine is throttled. The working fluid then fills the vane channels causing the downward slope the centrifugal machine with a reduced flow rate by virtue of the expansion on the reduced Dr.uck increased volume. In this regulation process occur in the throttle cross-section due to the pressure difference to be throttled

ao Geschwindigkeiten des Arbeitsmittels auf. Die in diesen Geschwindigkeiten verkörperte Energie wird auf dem verhältnismäßig langen Weg zur Beschauflung praktisch völlig durch Wirbelungen vernichtet oder in minderwertige Energieform übergeführt, in der sie nur zu einem kleinen Prozentsatz zur Krafterzeugung ausgenutzt werden kann. Neben der Verminderung der Durchtrittsmenge des Arbeitsmittels findet also gleichzeitig eine unwirtschaftliche Verminderung des Wärmegefälles des Arbeitsmittels statt.ao speeds of the work equipment. The embodied in these speeds Energy is practically completely through on the relatively long way to the blading Eddies destroyed or converted into inferior form of energy, in which they only can be used to a small percentage for power generation. In addition to the A reduction in the amount of work medium that passes through takes place at the same time uneconomical reduction in the heat gradient of the working medium.

Zwecks Vermeidung der Unwirtschaftlichkeit, welche mit der Verkleinerung des Wärmegefälles verbunden ist, hat man frühzeitig den Vorschlag gemacht, wenigstens die erste Stufe der Kreiselmaschine als Gleichdruckstufe auszuführen und die Leistungsregelung durch entsprechenden Abschluß der zu dieser Gleichdruckstufe gehörigen Düsen zu erreichen. Man verschloß ζ. B. die Düsen fortschreitend durch ein sich abrollendes Stahlband. Es zeigte sich aber technisch als unmöglich, diese Anordnung betriebssicher auszubilden.In order to avoid the inefficiency that comes with reducing the size of the The suggestion was made early on, at least the one the first stage of the gyro machine to be carried out as a constant pressure stage and the power control to be achieved by closing off the nozzles belonging to this constant pressure stage. One locked ζ. B. the nozzles advancing through an unwinding steel band. But it turned out to be technically impossible to make this arrangement operationally reliable.

In der Praxis hat man sich deshalb mit einer Zwischenlösung beholfen, indem man die Düsen der ersten Gleichdruckstufe zu einzelnen Gruppen (in der Regel 4) zusammenfaßte und so einige Regelpunkte mit gutem Wirkungsgrad schuf. Jede Düsengruppe wird für sich mittels der oben beschriebenen Drosselregelung auf die gewollte Leistung eingestellt, so daß zwischen den Regelpunkten mit gutem Wirkungsgrad der Wirkungsgrad entsprechend der Abdrosselung der regelnden Düsengruppe abnimmt.In practice, you have therefore made do with an interim solution by combined the nozzles of the first equal pressure stage into individual groups (usually 4) and so created some control points with good efficiency. Each group of nozzles is set to the desired by means of the throttle control described above Power set so that between the control points with good efficiency of the Efficiency decreases according to the throttling of the regulating nozzle group.

Die Erfindung will die Vorteile beider Regelungsarten vereinigen, ohne ihre Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, mit allmählichem Übergang von der bei Vollast stattfindenden stufenweisen Gefälleumsetzung, welche zur Erreichung guten Wirkungsgrades bekanntlich erforderlich ist, zu einer teilweise reinen Geschwindigkeitsabstufung (Curtis-Beschauflung). Die Erfindung besteht darin, daß die Anzahl der Gefälleumsetzungen in aufeinanderfolgenden Stufen mittels Verkleinerung des den Durchfluß des ArbeitsmittelsThe invention aims to combine the advantages of both types of regulation without their disadvantages Having to accept, with a gradual transition from the one taking place at full load gradual slope implementation, which to achieve good efficiency is known to be necessary to a partially pure speed gradation (Curtis blading). The invention is that the number of downhill conversions in successive stages by means of reduction of the flow of the working medium

regelnden Drosselquerschnittes vermindert wird. Besondere Vorteile entstehen, wenn das Verfahren zur Regelung des Arbeitsmitteldurchflusses zu den Hochdruckschaufeln einer radial beaufschlagten Kreiselmaschine dient, deren Schaufelträger auf beide Wellenstummel einer anderen Kreiselmaschine zur Erzielung von Schubausgleich verteilt sind. Wird zur Regelung einer derartigen Kreiselmaschine reine Drosselregelung der bisher üblichen Art verwendet, so vermindert sich erfahrungsgemäß in vielen Fällen mit zunehmender Drosselung der Achsschub der Niederdruckseite stärker als der Achsschub der Hochdruckseite. Hierdurch tritt häufig ein merklicher Unterschied zwischen den beiden Achsschüben auf, der das Drucklager unzulässig belastet. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens für den Hochdruckteil tritt mit zunehmender Drosselung des Arbeitsmittels für eine wachsende Zahl der Hochdruckstufen reine Geschwindigkeitsbeaufschlagung ein, wodurch der Druckabfall innerhalb dieser Stufen verschwindet und sich der Achsschub des Hochdruckteiles entsprechend vermindert, d.h. sich dem Verlauf des Achsschubes des Niederdruckteiles besser angleicht.regulating throttle cross-section is reduced. Special advantages arise when that Method for regulating the flow of working medium to the high-pressure blades of a radially acted centrifugal machine is used, the blade carrier on both shaft stubs another gyro machine to achieve thrust compensation are distributed. Used to control such a gyroscope Pure throttle control of the type customary up to now is used, experience has shown that in many cases it decreases with increasing Throttling of the axial thrust of the low-pressure side more than the axial thrust of the high-pressure side. This often occurs noticeable difference between the two axle thrusts that made the thrust bearing inadmissible burdened. When using the control method according to the invention for the high pressure part occurs with increasing throttling of the working medium for a growing number of the high pressure levels pure speed loading as a result of which the pressure drop within these stages disappears and the axial thrust of the high-pressure part increases correspondingly reduced, i.e. the course of the axial thrust of the low-pressure part better aligns.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung beaufschlagt bei verringerter Leistung das Arbeitsmittel nach Durchfluß durch die richtung-gebenden Leitkanäle die erste Laufschaufelreihe mit angenähert der im regelnden Drosselquerschnitt erzeugten Geschwindigkeit. Bei Vollast verschwindet andererseits jeder Verlust im regelnden Drosselquerschnitt, wobei dieser Querschnitt so weit geöffnet wird, daß die gesamte Beschauflung mit Gefällenumsetzung in jeder Stufe arbeitet. Die Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens kennzeichnen sich in der Hauptsache dadurch, daß die erste Leitschaufelreihe der Beschauflung dem regelnden Drosselquerschnitt auf ihrem ganzen Umfange gleichmäßig benachbart ist. Bei der Verwendung für radial beaufschlagte Kreiselmaschinen wird vorteilhaft der Drosselquerschnitt des regelnden Organs innerhalb einer radial beaufschlagten Schaufelreihe angeordnet. Zweckmäßig bildet hierbei die erste Leitschaufelreihe der Beschauflung einen Teil des das Regelorgan einschließenden Käfigs. Das Regelorgan selbst kann als rohrförmiges Doppelsitzventil ausgebildet sein, durch dessen Inneres das Treibmittel strömt, bevor es den vorwiegend regelnden Drosselquerschnitt erreicht.In the method according to the invention, the applied at reduced power Work equipment after flow through the direction-giving Guide channels the first row of blades with approximately the speed generated in the regulating throttle cross-section. At full load, on the other hand, any loss in the regulating throttle cross-section disappears, this cross-section is opened so wide that the entire blading with incline conversion works at every stage. Identify the devices for carrying out the control method according to the invention mainly by the fact that the first row of guide vanes of the blading is evenly adjacent to the regulating throttle cross-section over its entire circumference. When used for radially loaded centrifugal machines, the throttle cross-section is advantageous of the regulating member arranged within a row of blades acted on radially. Appropriately forms this the first row of guide vanes of the blading is part of the part that encloses the control element Cage. The control element itself can be designed as a tubular double seat valve be through whose interior the propellant flows before it is the predominantly regulating Throttle cross-section reached.

Die Abbildung zeigt beispielsweise einen Schnitt durch eine Ausführung des Erfindungsgedankens. 1 ist eine radial beaufschlagte Schaufelgruppe einer Turbine. Der Arbeitsdampf strömt dieser Turbine bei 2 zu. 3 ist das Regelorgan, welches die Leistungsregelung nach dem Verfahren der Erfindung vornimmt. Dieses Regelorgan ist als Doppelsitzventil ausgebildet mit den Sitzen 4 und 5· Es ist innerhalb der radial beaufschlagten Beschauflung angeordnet. Die ersten Leitschaufeln 6 bilden einen Teil des Ventilkäfigs. Durch diese Bauweise ist die Leitbeschauflung 6 auf ihrem ganzen Umfang dem vorwiegend regelnden Drosselquerschnitt S ^UI1~ mittelbar gleichmäßig benachbart. Der eintretende Arbeitsdampf verteilt sich von der Eintrittsöffnung 2 über den Ringquerschhitt 7 auf den ganzen Umfang des Ventils 3. Er tritt dann durch die öffnungen 8 in das Innere des rohrförmigen Teiles 3 des Ventilkörpers. Wird der Ventilkörper 3 nach links bewegt, so öffnen sich die Drosselquerschnitte an den Sitzen 4 und 5. Durch den Sitz 4 kann aber nur so viel Dampf hindurchtreten, als der nachgeschaltete Spalt 9 hindurchläßt. Der durch den sich am Sitz 5 öffnenden Spalt mit dem Druckunterschied ,entsprechend hoher Geschwindigkeit austretende Dampf strömt der unmittelbar benachbarten Leitbeschauflung 6 ohne Umlenkung zu. Er wird dann in der Leitbeschauflung in die gewünschte Richtung umgelenkt und gibt seine Energie an die nachfolgende Laufbeschauflung ab. Der Dampf kommt also während des ganzen Regelvorganges auf die Beschauflung der Turbine entlang ihrem ganzen Umfang unmittelbar mit der Geschwindigkeit zur Wirkung, welche im regelnden jDrosselquerschnitt 5 erzeugt wird. Ist das Regelventil in seine äußerste Linksstellung bewegt worden, so gibt es den Zutritt zur Leitbeschauflung 6 völlig frei. Die für too Überdruck entworfene Beschauflungsgruppe 1 arbeitet also bei Vollast in ihrer Gesamtheit mit Überdruck, wodurch die Erzielung eines Vollastwirkungsgrades ermöglicht ist, der durch die Verbesserung des Teillastwirkungsgrades in keiner Weise beeinträchtigt wird. Bei den bisherigen Regelverfahren trat eine solche Beeinträchtigung ein.The figure shows, for example, a section through an embodiment of the inventive concept. 1 is a radially acted group of blades of a turbine. The working steam flows to this turbine at 2. 3 is the regulating element which carries out the power regulation according to the method of the invention. This control element is designed as a double seat valve with seats 4 and 5. It is arranged within the radially acted blading. The first guide vanes 6 form part of the valve cage. As a result of this construction, the guide blading 6 is indirectly evenly adjacent to ^{the predominantly regulating throttle cross section S UI1 ~ over its entire circumference.} The incoming working steam is distributed from the inlet opening 2 over the annular cross section 7 over the entire circumference of the valve 3. It then passes through the openings 8 into the interior of the tubular part 3 of the valve body. If the valve body 3 is moved to the left, the throttle cross-sections at the seats 4 and 5 open. However, only as much steam can pass through the seat 4 as the downstream gap 9 allows through. The steam emerging through the gap opening at the seat 5 with the pressure difference, correspondingly at a high speed, flows to the directly adjacent guide bladder 6 without deflection. It is then deflected in the desired direction in the guide blading and transfers its energy to the subsequent barrel blading. During the entire control process, the steam acts on the blading of the turbine along its entire circumference at the speed that is generated in the regulating throttle cross-section 5. If the control valve has been moved to its extreme left position, then access to the guide blading 6 is completely free. The loading group 1 designed for too overpressure therefore works in its entirety with overpressure at full load, which makes it possible to achieve a full load efficiency which is in no way impaired by the improvement in the partial load efficiency. Such an impairment occurred with the previous control procedures.

Wird das Regelorgan 3 zwecks Verminderung der Leistung nach rechts bewegt, so wird immer mehr Gefälle in dem sich verengenden Querschnitt zwischen dem Regelorgan 3 und dem Sitz 5 abgedrosselt, wodurch sich die Strömungsgeschwindigkeit in diesem Querschnitt erhöht. Der Dampf tritt 115 ' mit dieser hohen Geschwindigkeit in die Beschauflung ein und füllt die Querschnitte der ersten Schaufeln infolge der verkleinerten Durchströmmenge und der hohen Durchströmgeschwindigkeit nicht mehr aus. Der Dampf durchströmt also die ersten Schaufeln wie bei reiner Geschwindigkeitsbeschauflung,If the control element 3 is moved to the right in order to reduce the power, so there is more and more gradient in the narrowing cross-section between the control element 3 and the seat 5 throttled, whereby the flow velocity increases in this cross section. The steam enters 115 ' at this high speed into the blading and fills the cross-sections of the first blades due to the reduced flow rate and the high flow rate no longer off. So the steam flows through the first blades as with pure speed blading,

bis er seine Geschwindigkeit durch Arbeitsabgabe und Verluste so weit vermindert hat, daß er die betreffenden späteren Schaufelquerschnitte wieder ausfüllt. Von diesen Querschnitten ab findet weitere Ausdehnung des Dampfes innerhalb der Beschauflung unter reihen- oder stufenweiser Gefälleumsetzung statt. In welcher Schaufelreihe die Ausfüllung der Schaufelquerschnitte zuerstuntil he has reduced his speed by giving up work and losses so much, that it fills the relevant later blade cross-sections again. Of these Cross-sections from there is further expansion of the steam within the blading taking place under series or gradual downward gradients. In which row of shovels the Fill in the blade cross-sections first

ίο wieder eintritt, richtet sich hierbei nach dem Grade der Drosselung im regelnden Querschnitt, und die Anzahl der Gefälleumsetzungen ändert sich entsprechend.ίο occurs again, depends on the Degree of throttling in the regulating cross-section, and the number of slope conversions changes accordingly.

Die Abbildung dient jedoch nur als Beispiel, an das die Ausführung der Erfindung in keiner Weise gebunden ist.However, the figure serves only as an example to which the embodiment of the invention in is not bound in any way.

Claims

Patent claims:

ι. Procedure for power control for Centrifugal machines, especially for steam or gas turbines, with multi-stage gradients, characterized, . that the number of slope conversions in successive stages by means of reduction of the throttle cross-section regulating the propellant flow is reduced.

2. The method according to claim i, characterized in that the propellant after flow through the directional ducts with approximated the In the regulating throttle cross-section, the speed generated by the first row of blades applied.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the regulating Throttle cross-section is opened so wide at full load that the entire blading works with slope conversion in every stage.

4. Device for performing the method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first row of guide vanes of the blading has the predominantly regulating throttle cross-section is evenly adjacent over its entire circumference.

1 sheet of drawings