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Sicherung für Entspannungsturbinen Bei .der Kälteerzeugung in größeren
Anla,gen, z. B. bei der Gaszerlegt,ig, werden vielfach Entspannungsmaschinen verwendet,
in denen ein unter Druck stehendes Gas unter Abgabe äußerer mechanischer Arbeit
entspannt wird, wodurch eine der mechanischen Arbeit äquivalente Wärmemenge dem
Gas entzogen wird. Für diese Entspannungsfschinen werden bei Drucken unter to at
Turbinen verwendet, und zur Ableitung der frei werdenden mechanischen Arbeit werden
diese Turbinen mit elektrischen Stromerzeugern gekuppelt. Die Stromerzeuger ärbeiten
in der Regel auf ein Niederspannungsnetz und sind mit diesem Netz über Schmelz=
sicherungen oder Sicherungsschalter verbunden. Es kommt im Betrieb vor, daß die
Sicherungen des mit der Entspannungsturbine gekuppelten Stromerzeugers ausfallen,
wodurch die Turbine plötzlich entlastet wird. Infolgedessen besteht die Gefahr,
daß der Läufer des Stromerzeugers durch umzulässige Drehzahlerhöhung Schaden nimmt.
Man hat sich gegen diese Gefahr dadurch zu schützen gewußt, daß durch konstruktive
Maßnahmen, z. B. Beschränkung des Eintrittsquerschnittes für- das verdichtete Gas,
die maximal mögliche Drehzahlerhöhung des Maschinensatzes auf eine für den Läufer
des Stromerzeugers ungefährliche Grenze beschränkt wurde. Unter Umständen war es
auch notwendig, den Läufer des Stromerzeugers für die maximal mögliche Drehzahl
besonders stark zu bemessen.. Als sich herausstellte, daß sich diese Maßnahmen nicht
in allen Fällen durchführen lassen, ohne de.ß unerwünschte Komplikationen bei der
Konstruktion auftreten, wurden bereits andere Maßnahmen zur Sicherung gegen die
Gefahr der unzulässigen Drehzahlerhöhung vorgeschlagen. Z.-B. ist vorgeschlagen
worden, zu der Entspannungsturbine eine Parallelleitung mit einem Ventil anzuordnen,
welches im Gefahrmoment von Hand oder automatisch geöffnet werden soll., Eine solche
Maßnahme stellt jedoch keine Sicherung dar, einerseits weil eine Handbedienung überhaupt
keinen zuverlässigen Schutz im Sinne einer Sicherung bietet und andererseits weil
durch die Öffnung eines Parallelventils die Turbine praktisch nicht entlastet und
infolgedessen auch nicht geschützt wird. Der weitere Vorschlag, gleichzeitig mit
dem Öffnen des -Parallelventils das Eingangsventil der Turbine zu schließen, ist
deswegen ungeeignet,
weil dabei die ganze Gasmenge, ohnf; bei der
Entspannung eine Arbeit geleistet zu haben, also praktisch ohne Abkühlung in die
Anlage eintritt, wodurch der Betrieb gestört wird, falls die ganze Gasmenge nicht
nutzlos in die Atmosphäre abgeblasen wird. Würde man andererseits (las Eingangsventil
der Turbine offen lassen und (las I'arallelveritil so weit öffnen, daß der Gegendruck
des Gebliises stark absinkt und infolgedessen die- Turbine nicht mehr voll beaufschlagt
ist, so würden alle anderen an den gleichen Kompressor angeschlossenen Anlagen durch
den hohen Druckabfall gestört werden.
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Wegen der Unsicherheit derartiger Maßnahmen wurde ferner vorgeschlagen,
bei Ausfall der elektrischen Belastung eine mechanische Ersatzbelastung wirksam
zu machen. Dieser Vorschlag hat sich wegen der grollen konstruktiven Umstände nicht
durchführen las-en. Die bekannten Maßnahmen stellen also praktisch keine hefriedigende
Lösung der gestellten Aufgabe dar.
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Es ist ferner bekannt, die Eintrittsleistung einer Turbine in Abhängigkeit
von der elektrischen Belastung zu regeln. Die bekannten Anordnungen, die sich auf
Kraftwerksturhinen beziehen, wirken jedoch stets zusammen mit anderen Regelvorrichtungen,
z. B. Drehzahlreglern oder Zeitschaltern, und dienen der Konstanthaltung der Spannung.
Für die Zwecke der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe eignen sich die bekannten
Anordnungen jedoch nicht.
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Die beschriebenen Schwierigkeiten werden (furch die Erfindung in äußerst
einfacher Wei§e dadurch überwunden, daß ein in der Eingangsleitung der Entspannungsmaschine
angeordnetes Absperr- oder Drosselorgan bei Spannungsabfall oder SI)annungslosigkeit
an den Klemmen des von der Entsl)arinunlcY#-niaschine betriebenen Stromerzeugers
selbsttätig mehr oder weniger geschlossen wird.
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Eine Verbesserung kann die erfindungsgemäße Turbinensicherung noch
dadurch erfahren, daß der das selbsttätige Schließen des Absperr- oder Drosselorgans
(pewirkende oder auslösende Elektromagnet innerhalb der Eingangsleitung und der
Kälteisolation der Entspannungsniaschine untergebracht wird.
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Wenn erfindungcgernäß vor der Entspannungsturbine eine Drosselklappe
angeordnet ist, die bei elektrischer Entlastung der Turbine mehr oder weniger, unter
Umständen auch ganz, geschlossen wird, so erfährt die Kälte-oder Zerlegungsanlage,
zu der die Entspannungsmaschine gehört, zunächst nur eine, Reduzierung oder Unterbrechung,
ohne daß weitere unliebsame Störungen auftreten. In der Regel läßt sich die Störung
auf der elektrischen Seite des Maschinenaggregats rasch beseitigen, und die Anlage
kann dann durch Offnen der Drosselklappe wieder ohne weiteres in Betrieb genommen
werden. Stellt man die Drosselklappe so ein, daß der Gasdurchgang durch die Entspannungsturbine
beim Schließen der Drosselklappe nicht völlig abgesperrt, sondern nur so weit gedrosselt
ist, (laß die Turbine mit einer zulässigen Drehzahl weiterläuft, so läßt sich der
Betrieb der betreffenden Kälte- oder Gaszerlegungsanlage so lange weiter aufrechterhalten,
bis die Störung beseitigt ist, auch wenn diese etwas länger dauert, ohne daß ernstliche
Störungen der Gesamtanlage auftreten können.
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Eirie Schwierigkeit besteht darin, üaß die nach außen geführte Spindel
oder Welle des Absperrorgans in der Stopfbüchse oder auch der Elektromagnet selber
durch Vereisung festfrieren kann. Wenn dagegen erfindungsgemäß alle bewegten Teile
einschließlich des Hlektromagneten innerhalb des Leitungssvsteins untergebracht
werden, kann die 1=euelitigkeit der äußeren Luft keine Vereisung bewirken.
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Die erfindungsgemäße Anordnung stellt also im Gegensatz zu den bekannten
Vorschlägen wirklich eine Sicherung sowohl für die l#-'ntsl)annungsinascliine wie
für die Gesamtanlage dar.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfi ndungssemä ßen Turbinensicherung
wird an Hand der Abbildungen nachstehend beschrieben: Abb. i stellt eine Entspannungsturbine
i mit der Eintrittsleitung 2 für (las verdichtete Gas und der Austrittsleitung 3
für das entspannte Gas dar. rie Entspannungsturbine ist über eine Kupplung 4. (oder
über ein übersetzungsgetriebe) finit dem Stromerzeuger 5, z. 13. ein Drehstromkurzschlußläufer,
gekuppelt. Die Leitungen des Stromerzeugers 5- führen zum Niederspannungsnetz und
sind mit diesem über die Sicherungen 6 verbunden. Über die Leitungen 7 ist mit den
Klemmen. des Stromerzeugers 5 ein Hubmagnet S verbunden, welcher über (las Gestänge
9 und die nach außen geführte Achse der Drosselklappe io diese so lange offen hält,
als er unter Spannung steht. Wenn der Stromerzeuger 5 einphasig oder mehrphasig
spannungslos -,virl, so fällt der Hubmagnet unter dem Einfluß des Gewichts i i ab
und schließt auf diese Weise die Drosselklappe io, so daß die Entspannungsturbine
gleichzeitig mit dem Ausfall des Stromerzeugers 5 entlastet wird. Es kann ferner
ein einstellbarer Anschlag 1a vorgesehen werden, welcher das Absinken des Gewichts
i i begrenzt, so daß bei Ausfall des Stromerzeugers 5 die Drosselklappe io nicht
völlig geschlossen wird. Die Turbine i läuft dann weiter, ohne eine unzulässige
Drehzahlerhöhung zu erfahren.
Abb. 2 zeigt innerhalb der Leitung
2 eine Drosselklappe io, welche im geöffneten Zustand unter der Spannung der Feder
13 steht. In einer an die Turbinenleitung 2 angeschlossenen Kammer 14 befindet sich
ein Elektromagnet 15, der in ähnlicher Weise wie in Abb. i direkt oder über ein
Relais mit den Klemmen des Stromerzeugers 5 verbunden ist. Wenn der Elektromagnet
1 5 infolge elektrischer Entlastung des Stroherzeugers spannungslos wird, so fällt
die Sperrklinke 16 ab und gibt die Drosselklappe io frei, welche nunmehr unter dem
Einfuß der Federspannung 13 geschlossen wird. Auch hier kann die Drosselklappe nach
erfolgter Auslösung durch einen einstellbaren Anschlag, z. B. den Exzenter 17, mehr
oder weniger offen gehalteil werden.
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Während im Falleder Abb. i bei der Wiedereinschaltung des Stromerzeugers
5 der Elektromagnet 8 die Drosselklappe io selbsttätig wieder öffnet, muß im I,'
alle der Abb. 2 die Drosselklappe io bei der Wiedereinschaltung durch ein von. außen
betätigtes Schubgestänge 18 oder durch ein Zuggestänge 19 geöffnet werden. Ein Schubgestänge
bringt wieder die Gefahr mit sich, daß es in der Stopfbüchse festfrieren und (las
selbsttätige Öffnen der Drosselklappe io im geeigneten Moment verhindern kann. Ein
Zuggestänge kann dagegen so ausgeführt werden,. daß es nach Öffnen der Drosselklappe
io, wenn diese durch die Sperrklinke 16 festgehalten wird, selbsttätig ausklinkt
und infolgedessen das selbsttätige Schließen der Drosselklappe io nicht verhindern
kann.
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Die Anordnung nach Abb. 2 hat den großen Vorteil, daß sich alle Organe,
welche bei dem selbsttätigen Schließen der Drosselklappe be-wegt werden,
im Gebiet der -tiefen Temperaturen befinden, so daß also keiner dieser Teile über
eine Stopfbüchse geführt wird. Hierdurch wird ein Einfrieren mit Sicherheit vermieden,
so-daß eine Gewährleistung dafür besteht, daß die Vorrichtung im geeigneten Moment
tatsächlich wirksam ist. Die Drosselklappe 'selber kann auch mit Bohrungen 2o versehen
sein, so daß, selbst wenn sie ganz geschlossen ist, stets eine zum Betrieb des elektrisch
entlasteten Maschinensatzes hinreichende Gasmenge hindurchströmen kann.