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Schutzvorrichtung gegen Wasserschläge in Dampfturbinen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schutzvorrichtung gegen Wasserschläge in Dampfturbinen. Die
bekannten Vorrichtungen dieser Art, die insbesondere Turbinen gegen Eindringen von
Wasser aus der Frischdampfleifung schützen sollen, besitzen bewegliche, in einem
besonderen Abscheideraum angeordnete. Teile, wie z. B. Pralltelller, Schwimmer u.
dgl., die beim Auftreten großer WasseT-mengen bewegt werden und dadurch die Wasserschläge
nach außen derart kenntlich machen sollen, daß die Turbine durch den Maschinenwärter
oder selbsttätig abgesperrt werden kann.
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Bei den in modernen Kraftanlagen herrschenden hohen Drücken und Temperaturen
ist die Anordnung beweglicher Teile in der Frischdampfleitung unerwünscht, da die
Gefahr besteht, daß Teile davon herausgerissen werden und in die Turbine gelangen
können. Außerdem sind besondere Behälter für den Einbau der beweglichen'Teile erforderlich,
die bei großen Anlagen 'sehr umfangreich sind. Vor allem arbeiten die bekannten
Schutzvorrichtungen aber zu träge, da sie erst in. Wirkung treten, wenn es bereits
zu spät ist oder beim Auftreten geringer Wassermengen überhaupt nicht ansprechen.
' Gemäß der Erfindung ist eine Schutzvorrichtung geschaffen, welche diese Nachteile
nicht aufweist. Vor allem besitzt sie keinen in der Frischdamp fleitung liegenden
beweglichen Teil. Zum Anschließen der Vorrichtung sind nur zwei Röhre geringen Durchmessers
erforderlich. Ferner arbeitet die neue Vorrichtung so empfindlich, daß bevorstehende
Wasserschläge sofort angezeigt werden, so daß die Turbine beispielsweise durch Schließen
des Schnells,chlußventils sofort stillgesetzt werden kann, bevor das Wasser in die
Turbine gelangt.
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Die Tatsache, daß bei auftretenden Wasserschlägen der auf den Turbinenläufer
ausgeübte Axialdruck sehr stark ansteigt, setzt voraus,
daß sich
die Druckunterschiede zwischen den einzelnen Turbinenstufen beträchtlich erhöhen
müssen. Ausgehend von dieser Erkenntnis und unter Beachtung des Umstandes, d.aß
für den strömenden Dampf jede Turbinenstufe praktisch als eine Drosselstelle aufgefaßt
werden kann, wird nach der Erfindung der Dampfdruck vor und hinter einer in der
Frischdampfleitung vorgesehenen Drosselstell° mittels eines Differenzdruckmessers
festgestellt und beim Überschreiten des normalen Wertes durch eine Signalvorrichtung
zur Anzeige gebracht. Die an der Drosselstelle eintreffenden Wasserteilchen bewirken
eine Erhöhung des Druckunterschiedes zwischen zwei beiderseits der Drosselstelle
liegenden Punkten der Leitung, so daß die von dem Differenzdruckmesser gesteuerte
Signalvorrichtung anspricht. Der Maschinenwärter kann dann auf Grund dieses Signals
die Turbine z. B. durch Schließen des Schn.ellverschlußventils rechtzeitig stillsetzen,
bevor ein Wasserschlag über haupt auftritt.
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Um die Sicherheit der Anzeige auch bei geringer Belastung der Dampfturbine
zu gewährleisten, wird in weiterer Ausbildung der Erfindung zusätzlich eine zweite
Drosselstelle in der Abdampfleitung der Turbine vorgesehen und eine die Signalvorrichtung
auslösende Vergleichsmessung der an beiden Drosselstellen auftretenden Druckdifferenzen
durchgeführt.
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Drei Ausführungsbeispiele der Einrichtung nach der Erfindung sind
auf der Zeichnung dargestellt.
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Fig. i bis 3 zeigen je eine Ausführungsform in einer schematischen
Schalt- und Lageskizze.
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In der Frischdampfleitung i einer nichtdargestellten Dampfturbine
ist eine Drosselstelle vorgesehen, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
aus einem Sieb 2 besteht. Das Sieb befindet sich innerhalb einer gehäuseartigen
Erweiterung der Frischdampfleitung, die in der Pfeilrichtung vom Dampf durchströmt
wird. Vor und hinter dem Dampfsieb. 2 ist von der Leitung i je eine Leitung 3 abgezweigt.
Die beiden Leitungen 3 verbinden die Frischdampfleitung i mit den beiden Membrankammern
eines Differenzdruckmessers ,l. An die Membran ist ein Lenker 5 angeschlossen, der
mit dem Zeiger 6 einer Anzeigevorrichtung 7 gekuppelt ist. Der Zeiger 6 ist mit
einem Kontakt 8 ausgerüstet, der bei Berührung mit einem festen Gegenkontakt 9 den
Stromkreis einer elektrischen Signalvorrichtung io schließt.
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Herrscht vor und hinter der Drosselstelle 2 ein normaler Druckunterschied,
so befindet sich der Zeiger 6 in der gezeichneten Lage, in welcher der Kontakt unterbrochen
ist. Sobald an der Drosselstelle 2 ankommende Wasserteilchen eine Erhöhung des Druckunterschiedes
beiderseits der Drosselstelle bewirken, wird die Membran des Differenzdruckinessers
.l derart durchgebogen, d:aß der Zeiger 6 nach links ausschlägt und nach Schließen
des Kontaktes 8, 9 die Signalvorrichtung i o auslöst. Der Maschinenwärter kann dann
die Dampfturbine beispielsweise durch Schließen des Schnellschlußventils rechtzeitig
stillsetzen, bevor die vom Dampf mitgerissenen Wasserteilchen in die Turbine gelangen
können.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.2 ist zusätzlich zu der beschriebenen
Vorrichtung i bis 5 noch eine gleichartige zweite Vorrichtung vorgesehen, die eine
Drosselstelle 2' in der Abdam.pfleitung ii der Turbine 12 bildet. Diese Drosselstelle
ist in derselben Weise wie die Drosselstelle 2 über Leitungen 3' an einen Differenzdruckmesser
4' angeschlossen. Der Lenker 5' dieses Differenzdruckmessers ist zusamm@en mit dem
Lenker 5 des Differenzdruckmessers q. an einen Lenker 13 angeschlossen, der über
einen Lenker 14 mit dem Zeiger 15 einer elektrischen Signalvorrichtung 16 gekuppelt
ist. Der Zeiger 15 trägt wieder einen Kontakt 17, der mit einem festen Gegenkontakt
zusammenwirkt.
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Der Zeiger 15 erhält bei dieser Ausführungsform seinen Bewegungsimpuls
sowghl von dem Druckunterschied an der Drosselstelle 2 als auch von demjenigen an
der Drosselstelle 2'. Durch diese VergIeichsm,essung der Druckdifferenzen ist auch
bei geringer Belastung der Dampfturbine die Sicherheit der Anzeige eines bevorstehenden
Wasserschlages gewährleistet. Bei einer einzelnen Drosselstelle steigt nämlich im
Falle geringen Dampfdurchsatzes der Druckunterschied unter dem Einfluß des mitgerissenen
Wassers möglicherweise so wenig, daß er nicht einmal den Wert erreicht, der sich
im Falle großen Dampfdurchsatzes beim Fehlen mitgerissener Wasserteilchen ergibt.
Durch die Vergleichsmessung sind die die Sicherheit der Anzeige in Frage stellenden
Folgen dieser Möglichkeit ausgeschaltet.
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Bei beiden Ausführungsformen nach Fig. i und 2 können die Differenzdruckmesser
neben den Signalvorrichtungen noch über ein Gestänge oder auf elektrischem Wege
Vorrichtungen steuern, die die Dampfzuführung zur Turbine unmittelbar absperren.
Eine solche Vorrichtung kann durch ein besonderes Absperrventil oder durch das üblicherweise
stets vorhandene Schnellschlußventil gebildet sein.
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Die Ausführungsform nach Fig.3 zeichnet sich durch eine besondere
Lage und Ausbildung der Drosselstelle aus. Hierbei wird die Fliehkraftwirkung, der
ein Strömungsmittel
in dem Krümmer einer Rohrleitung ausgesetzt
ist, dazu herangezogen, um der für die Anzeige eines bevorstehenden. Wasserschlages
ausgenutzten Drosselwirkung der vom Dampf mitgerissenen -Wasserteilchen volle Geltung
zu verschaffen: Zu diesem Zweck ist gemäß Fig.3 in den in die Frischdampfleitungeiner
Turbine eingeschalteten Krümmer 2o ein Leitkörper 2 leingefügt, der zusammen mit
der ihm gegenüberliegenden Innenwand des Krümmers eine Düse 22 bildet. Diese Düse
liegt an einer solchen Stelle des Krümmerquerschnittes, an .der das Strömungsmittel
dem Höchstwert der auftretenden Fliehkraft ausgesetzt ist, d. h. also an der vom
Krümmungsmittelpunkt entferntesten Stelle. Beiderseits der Düse ist -wiederum in
Differenzdruckmesser 23 mit einem Kontaktzeiger 24 angeschlossen.
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Die vom Dampf mitgerissenen Wasserteilchen bewegen sich infolge des
Umstandes, daß sie durch die Fliehkraftwirkung mehr nach außen gedrängt werden als
die Dampfteilchen, im Bereich des größten Krümmungshalbmessers, so daß sie durch
die Düse 2o hindurch müssen. Die hierbei eintretende Drosselwirkung führt zur Erhöhung
,des Druckunterschiedes vor und hinter der Düse, so .daß der Differenzdruckmesser
23, 2¢ anspricht und entweder über seinen Kontakt die Signalvorrichtung 25 oder
über eine Gestängesteuerung 26 o. dgl. ein Ventil 27 schließt, das an einer beliebigen
Stelle der Frischdampfleitung vorgesehen oder auch durch das üblicherweise vor jeder
Turbine angeordnete Schnellschlußventil gebildet sein kann.