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Entnahmegegendruckturbine Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf
Entnahmegegendruckturbinen, und zwar insbesondere auf solche Turbinen, bei denen
gewöhnlich ein bestimmter Mindestbedarf an Gegendruckdampf vorhanden ist. Es ist
bekannt, bei Entnahmegegendruckturbinen den Gegendruck sowie den Entnahmedruck in
der Weise gleichbleibend zu halten, daß die Dampfzufuhr von der Entnahmekammer zu
dem Niederdruckteil durch den Gegendruck geregelt wird, während der Druck in der
Entnahmekammer den Zutritt des Frischdampfes zu dem Hochdruckteil beeinflußt.
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Bei den bekannten Ausführungen ist zwischen der Entnahmekammer und
der nachfolgenden Stufe der Beschaufelung ein Überströmventil vorgesehen, durch
welches die gesamte in den Niederdruckteil strömende Dampfmenge hindurchtreten muß,
womit ein entsprechender Drosselverlust verbunden ist.
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Zweck der Erfindung ist nun, diesen Drosselverlust möglichst zu vermindern.
Dementsprechend ist zwischen dem Hoch- und dem Niederdruckteil der Turbine als ständige
Verbindung ein Mitteldruckteil vorgesehen, der für die Mindestmenge an Gegendruckdampf
bemessen ist, während außerdem eine Umgehungsleitung oder -kammer oder deren mehrere
für den Mitteldruckteil vorgesehen sind, die die Entnahmekammer mit dem Niederdruckteil
über ein Regelungsorgan verbinden, das bei sinkendem Gegendruck die Verbindung öffnet
und bei steigendem Gegendruck schließt.
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Hierdurch wird erreicht, daß nur derjenige Teilbetrag der nach der
Niederdruckseite übertretenden Dampfmenge, welcher den Mindestbedarf überschreitet,
Verlusten durch Drosselung unterliegt, während der übrige Teil, also in diesem Falle
die Mindestdampfmenge, ungedrosselt von dem Hochdruck- zum Mittel-und Niederdruckteil
strömt.
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Sollte in Ausnahmefällen der Mindestbedarf an Gegendruckdampf unterschritten
werden, so wird allerdings eine zeitweilige Druckerhöhung hinter der Entnahmekammer
auftreten, welche gegebenenfalls bis zu der Höhe des Entnahmedruckes ansteigen kann.
In diesem Falle würden Mittel- und Niederdruckteil in Dampf höherer Spannung umlaufen,
wodurch mitunter Verluste entstehen können. Diese Verluste können jedoch aus dem
Grunde ruhig in Kauf genommen werden, da es sich stets nur um Ausnahmefälle handelt,
die von beschränkter Zeitdauer sind und selten eintreten.
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Um nun das Gegendruckdampfnetz bei einem derartigen vorübergehenden
Druckanstieg schützen zu können, ohne daß jedesmal ein Abblasen von Dampf durch
Sicherheitsventile erforderlich ist, wird vorteilhaft in der Gegendruckleitung an
oder in der Nähe der Turbine ein besonderes
Drosselventil angeordnet,
welches durch den Dampfdruck in dem Gegendrucknetz so beeinflußt wird, daß es den
Dampfzutritt zu diesem Netz, drosselt oder absperrt, sobald der Druck in demselben
eine vorbestimmte Höhe überschreitet.
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Die Zeichnung zeigt in einem schematischen Schnitt beispielsweise
eine Ausführungsform einer gemäß der Erfindung ausgeführten Turbine in Form einer
radial beaufschlagten Gegenlaufturbine. Die Turbine sowie ihre Regelungsventile
sind der Einfachheit halber nur zur Hälfte dargestellt.
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Die Erfindung kann natürlich, obwohl sie in der Zeichnung in Verbindung
mit einer radial beaufschlagten Turbine veranschaulicht ist, in gleicher Weise auch
bei Turbinen anderer Bauart Anwendung finden, ohne daß hierdurch an dem Wesen der
Erfindung etwas geändert wird.
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Der Dampfeinlaß i steht durch eine Rohrleitung 2 mit der Eintrittskammer
3 der Turbine in Verbindung. Die Kammer 3 ist durch Kanäle q. mit dem innersten
Schaufelring der Beschaufelung der Turbine verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Beschaufelung in eine innere oder Hochdruckstufe 5 und eine äußere oder
Niederdruckstufe 6 unterteilt. An der Übergangsstelle von der Hochdruckstufe 5 zu
der Niederdruckstufe 6 sind sowohl in den Laufrädern als auch in den festen Seitenwänden
g der Turbine Öffnungen 8 vorgesehen, welche in ringförmige Kammern io führen, die
die Kammern 3 konzentrisch umschließen und von diesen vollständig getrennt sind.
An die Kammern io, welche die Anzapfkammern der Turbine sind, sind Rohrleitungen
ii angeschlossen. In der Zeichnung ist nur eine mit einer der beiden Kammern io
verbundene Rohrleitung ii dargestellt, jedoch kann natürlich gegebenenfalls an jede
der beiden Kammern eine Rohrleitung angeschlossen sein. Die Kammern io, oder, wie
in der Zeichnung dargestellt, die eine der beiden Kammern stehen durch Öffnungen
12, deren Querschnitt mittels eines Drehschiebers 13 eingestellt werden kann,
mit einer in dem mittleren Teil der Niederdruckstufe 6 liegenden Stelle der Beschaufelung
in. Verbindung.
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Der zwischen den Öffnungen 8 und 12 liegende Teil der Niederdruckstufe,
der in der Zeichnung mit 7 bezeichnet ist, bildet in Wirklichkeit eine mittlere
Stufe, welche im Vergleich zu der Hochdruckstufe 5 einen wesentlich kleineren Durchgangsquerschnitt
für den Dampf aufweist. Diese Verringerung des Durchgangsquerschnittes kann durch
Anordnung von Schaufeln, deren Länge geringer ist als die Länge der äußeren Schaufeln
der Hochdruckstufe 5, oder durch Vergrößerung des Schaufelquerschnittes im Vergleich
zu dem Querschnitt der Schaufeln der Hochdruckstufe oder auch durch beide Maßnahmen
zugleich erreicht werden.
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I Eine andere Maßnahme zur Erreichung derselben Wirkung besteht darin,
daß dieSchaufeln näher aneinander angeordnet werden als in der Hochdruckstufe. Die
jenseits der Öffnungen x2 liegende eigentliche Niederdruckstufe 6 kann, in radialer
Richtung betrachtet, entweder Schaufeln von der üblichen Größe aufweisen oder eine
unmittelbare Fortsetzung der Mittelstufe bilden, wobei dem Dampf ein allmählich
zunehmender Durchgangsquerschnitt geboten wird. In dem letzterwähnten Falle wirkt
der durch die Öffnung i2 in die Niederdruckstufe eintretende Dampf als Überlastdampf.
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Die Drehung des Schiebers 13 erfolgt durch eine Stange 1q., welche
mit dem Schieber auf beliebige Weise verbunden ist. Das andere Ende der Stange 1q.
ist mit dem einen Ende eines doppelarmigen Hebels 15 verbunden, dessen anderes Ende
mit dem unter Federdruck stehenden Kraftkolben 16 verbunden ist, der durch ein mittels
eines Rohres 18 zugeführtes Druckmittel, beispielsweise Drucköl, gesteuert wird.
Das Rohr 18 ist durch eine einstellbare Öffnung ig mit einer Olzuführungsleitung
2o und über ein Ventil 2i mit einer Ölableitung 22 verbunden. Die Spindel 23 des
Ventils 21 ist mit einer Membran 24 verbunden, welche die eine Wandung einer geschlossenen
Membrankammer 25 bildet, die durch ein Rohr 26 mit der Auslaßkämmer 27 der Turbine
verbunden ist und somit unter dem Gegendruck der Turbine steht. Der auf die Membran
24 wirkende Druck ist bestrebt, das Ventil ei zu öffnen, während die in entgegengesetzter
Richtung wirkende Feder 28 das Ventil zu schließen versucht.
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Wenn man von der Annahme ausgeht, daß in der Auslaßkammer 27 ein bestimmter
Gegendruck herrscht und die Turbine so ausgebildet ist, daß der Schieber 13 bei
diesem Gegendruck nur wenig geöffnet ist, so geht der Regelvorgang in folgender
Weise vor sich: Wenn der Druck in der Kammer 27 sinkt, muß durch den Schieber 13
mehr Dampf hindurchgelassen werden, um ein Wiederansteigen des Gegendruckes zu bewirken.
Dies geschieht in der Weise, daß bei Verringerung des Gegendruckes auch der auf
die Membran 24 der Membrankammer 25 wirkende Druck sinkt, so daß das Ventil 21 durch
die Feder 28 gedrosselt wird. Der Öldruck in dem Rohr 18 wird infolgedesseii vergrößert
und der Kolben 16 nach oben bewegt.. Diese Bewegung wird durch das Gestänge 15,
1q. auf den Drehschieber 13 übertragen, der infolgedessen weiter geöffnet wird und
eine größere Dampfmenge durch die Öffnung hindurchströmen läßt. Wenn, umgekehrt
der Druck in -der Kammer 27 zu hoch wird, wird die durch die Öffnung 12 strömende
Dampfmenge
durch den Drehschieber 13 gedrosselt, so daß der Austrittsdruck
selbsttätig gleichbleibend gehalten wird.
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Um den Druck des Anzapfdampfes in der Kammer oder den Kammern io gleichbleibend
zu halten, wird die in die Turbine eingeführte Dampfmenge durch eine ähnliche Regelvorrichtung
wie die für die Regelung des Gegendruckes verwendete Vorrichtung geregelt: Zu diesem
Zweck ist der Ventilkegel 3o des Dampfeinlaßventils mittels eines doppelarmigen
Hebels 31: mit dem unter Federdruck stehenden Kraftkolben 32 verbunden, in dessen
Zylinder durch eine Rohrleitung 33 Öl eingeführt wird; die Ölmenge wird durch ein
Ventil 34 geregelt, auf welches in dem einen Sinne eine Feder 35 und in dem andern
Sinne der in der Kammer oder den Kammern io herrschende Druck einwirkt. Zu dem letzterwähnten
Zweck ist die Kammer io durch eine Leitung 36 mit einer Membrankammer verbunden,
deren Membran 37 in der gleichen Weise wie die entsprechende Membran 24 des Ventils
21 gegen das Ventil 34 anliegt. Wenn der Druck in der Kammer oder den Kammern io
sinkt, tritt auch ein Druckabfall in der Leitung 36 ein, so daß die durch das Ventil
34 gesteuerte Ölabflußöffnung freigegeben oder vergrößert wird. Die Folge hiervon
ist ein Druckabfall in der Rohrleitung 33, so daß der Kolben 32 durch die Feder
nach unten bewegt und das Dampfeinlaßventil weiter geöffnet wird. Infolgedessen
tritt eine größere Dampfmenge in die Hochdruckstufe 5 der Turbine ein, so daß der
Dampfdruck sowohl in dieser Stufe als auch in der Kammer oder Kammern io vergrößert
wird. Wenn andererseits der Druck in der Kammer io zu groß wird, wird das Ventil
34 geschlossen, so daß der Druck in der Leitung 33 ansteigt und der =Kolben 32 nach
oben bewegt wird, um die durch das Einlaßventil durchfließende Dampfmenge zu drosseln.
Der Druck des Anzapfdampfes wird also auf die gleiche Art wie der Gegendruck selbsttätig
gleichbleibend gehalten.
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Wenn die Dampfentnahme aus der Gegendruckleitung so gering ist, daß
der Dampfdruck in der Auslaßkammer 27 trotz des Schließens des Schiebers 13 zu hoch
wird, muß, gegebenenfalls zum Schutz des Gegendrucknetzes, der Druck in diesem vermindert
werden. Zu diesem Zweck ist in die Gegendruckleitung ein Ventil 40 eingebaut, welches
durch einen Kraftkolben 4:1 gesteuert wird, in dessen Zylinder eine Ölzuführungsleitung
41 mündet. Die Ölzuführung wird durch ein Ventil 42 geregelt, welches durch ein
in der gleichen Weise wie bei den oben beschriebenen Regelvorrichtungen ausgebildetes
Membransteuerwerk gesteuert wird.
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Wenn die Dampfentnahme aus der Gegendruckleitung sinkt, wird sofort
eine Dampfdruckerhöhung in der Kammer 27 eintreten. Dieser ei höhte Druck wird durch
eine Leitung 43 auf die Membran des Membransteuerwerks übertragen, so daß das Ventil
42 der Wirkung der Feder 44 entgegen nach unten bewegt oder gedrosselt wird. Der
Öldruck in der Leitung 45 wird infolgedessen erhöht und der Kolben 41 nach oben
bewegt, so daß das Ventil 40 gedrosselt wird, wodurch der Gegendruck vermindert
und die durchströmende Dampfmenge dem Dampfverbrauch angepaßt wird. Durch die Drosselung
des Ventils 40 wird der Druck in der Kammer 27 erhöht und die zugehörige Regelvorrichtung
in der oben beschriebenen Weise in Tätigkeit versetzt.
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Das Ventil 40 ist nur -dann erforderlich, wenn die Turbine in ihrem
ganzen Belastungsbereiche geregelt werden soll. In diesem Falle kann eine Regelung
des Gegendruckes, wenn dieser trotz des Schließens des Schiebers 13 infolge der
verminderten Dampfentnahme zu hoch bleibt, nur durch Anordnung eines derartigen
Ventils 40 bewirkt werden.
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Wenn die kleinste bei normalem Betrieb benötigte Dampfmenge bekannt
ist, kann die Turbine so entworfen und gebaut werden, daß der Schieber 13 stets
vollständig geschlossen ist, wenn diese kleinste Dampfmenge in die Kammer 27 gelangt.
Noch vorteilhafter ist es, den Regelvorgang von dem Ventil 4o dadurch völlig unabhängig
zu machen, daß der Niederdruckteil so ausgeführt wird, daß die größte Dampfmenge,
die durch ihn hindurchströmen kann, etwas geringer als der kleinste Dampfbedarf
ist, so daß die Schieberöffnung etwas offen gehalten werden muß, um die noch fehlende
Dampfmenge durchzulassen.
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Im allgemeinen wird es von den jeweils vorliegenden Verhältnissen
abhängig sein, ob die Anordnung des Hilfsventils 40 zweckmäßig erscheint oder darauf
verzichtet werden kann.
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Durch die Erfindung werden in der Hauptsache die folgenden wesentlichen
Vorteile erzielt Die Druckregelung findet innerhalb des ganzen Belastungsbereiches
der Maschine statt. Entsprechend den verschiedenen Betriebsverhältnissen kann die
Breite der Mittelstufe mit der Drosselung des die Umleitung steuernden Schiebers
und der Drosselung der Anzapf- und Auslaßleitungen in wirtschaftlichster Weise vereinigt
werden.
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Die bei den bekannten Turbinen an der Dichtung zwischen der Hoch-
und Niederdruckstufe entstehenden Undichtigkeitsverluste sind bei der Erfindung
dadurch vermieden, daß an Stelle einer Dichtung eine Mittelstufe mit Schaufeln geringerer
Abmessungen vorhanden ist, die von dem unmittelbar von der Hochdruckstufe in die
Niederdruckstufe strömenden Teil des Dampfes beaufschlagt werden und Arbeit leisten.
Die Mittelstufe zusammen mit
dem Drehschieber ersetzt das sonst
notwendige Drosselventil. Zu gleicher Zeit werden die durch die Drosselung des Dampfes
entstehenden Verluste vermindert und nur derjenige Teil des Dampfes, der durch den
Drehschieber fließt, erleidet bei der Regelung des Gegendruckes Drosselungsverluste.
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Die Regelvorrichtung gemäß der Erfindung kann natürlich in baulicher
Hinsicht auch anders ausgeführt sein als bei dem in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel. Ferner kann der Drehschieber in der Anzapfkammer durch ein
anderes geeignetes Ventil ersetzt werden.
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Die Dampfzuleitung 2 kann mit beiden Kammern 3 verbunden werden, ebenso
kann auch die Anzapfleitung ii verzweigt sein und mit beiden Anzapfkammern in Verbindung
stehen.