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Entnahmesteuerung für Dampf- oder Gasturbinen Die Erfindung betrifft
eine Entnahmesteuerung für Dampf- oder Gasturbinen, bei der mindestens ein Einlaßventil
für den Hochdruckteil und mindestens ein den Übertritt des nicht entnommenen Teiles
des Arbeitsmittels aus dem Hochdruckteil in einen Niederdruckteil beherrschendes
Übertrittventil mit einem Ausgleichsbalken verbunden sind, an den zwischen den beiden
Verbindungsstellen der genannten Ventile ein auf die Drehzahl der Turbinenwelle
ansprechender Regler und außerhalb der Verbindungsstellen dieser Ventile auch noch
ein auf den Druck in der Entnahmeleitung ansprechender Entnahmeregler angreifen,
wobei die Entfernungen der verschiedenen Angriffsstellen am Ausgleichsbalken so
gewählt sind, daß Schwankungen der Entnahmemenge bei Niederdruck-und Hochdruckteillast
ohne Einfluß auf die Turbinentotalleistung und Schwankungen der Totalleistung der
Turbine ohne Einfluß auf die Entnahmemenge bleiben und ferner beim Übergang sowohl
auf Niederdruckleerlauf als auch Niederdruckvollast durch mit dem Ausgleichsbalken
zusammenwirkende Anschläge die Bewegungsverhältnisse dieses Balkens geändert und
auftretende Überhübe des Drehzahlreglers vermindert werden.
Bei
Steuerungen dieser Art stellt sich das Bedürfnis ein, daß das den Frischdampf7utritt
zum Hochdruckteil regelnde Einlaßventil bei geschlossenem Übertrittventil, d. h.
beim Niederdruckleerlauf, und bei ganz geöffnetem Übertrittventil, d. h. bei Niederdruckvollast,
größere Hübe ausführt als bei entsprechenden Drehzahländerungen bei Niederdruckteillasten.
Um diesem Bedürfnis zu genügen, ist schon vorgeschlagen worden, einen zwangläufig
mit dem Servomotor der Frischdampfsteuerung verbundenen, beweglichen Anschlag auf
das Gestänge des Anzapfdruckreglers einwirken zu lassen und dadurch die Bewegungsverhältnisse
der Steuerung so zu verändern, daß einem gegebenen Pendelhub bei Niederdruckvollastbetrieb
ein größerer Hub der Frischdampfsteuerung entspricht als bei Niederdruckteillastbetrieb.
Bei einer solchen Regelungseinrichtung tritt, da die durch den beweglichen Anschlag
ausgeübte Korrektur von der Bewegung der Frischdampfsteuerung abhängig ist, eine
Verzögerung der Reglerwirkung ein, was eine Verschlechterung des Regelungsvorganges
mit sich bringt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun nachfolgende, an Hand der Fig.
i erläuterte Tatsache zugrunde. In dieser Figur sind in einem rechtwinkligen Koordinatensystem
als Abszissen die Totalleistungen L der Turbine und als Ordinaten die für die verschiedenen
Leistungen benötigten Frischdampfmengen F aufgetragen. Dabei entspricht der Linienzug
Ao dem Niederdruckleerlauf- und der Linienzug Av dem Niederdruckvollastbetrieb ;
der Linienzug Fv entspricht dem Hochdruckvollastbetrieb, während der Linienzug Eo
einem Betrieb entspricht, bei welchem kein Dampf in das Entnahmenetz abfließt. Die
Strecken E i, E2 zwischen den Linien Ao, Fv und Av entsprechen je
bestimmten Entnahmemengen bei Hochdruck- und Niederdruckteillastbetrieb. Bei Teillastbetrieb
entspricht z. B. bei konstanter Entnahme einer Leistungsänderung l eine Frischdampfmengenänderung
f. Tritt bei Niederdruckvollastbetrieb, dem also der Linienzug Av entspricht, z.
B. die gleiche Leistungsänderung L auf, so ist eine Frischdampfmengenänderung f'
nötig, die wesentlich größer ist als f. Tritt bei Niederdruckleerlauf, dem also
die Linie Ao entspricht, wieder die gleiche Leistungsänderung L auf, so ist in diesem
Fall, da die Linien Ao und Av im wesentlichen parallel sind, praktisch die gleiche
Frischdampfmengenänderung f' nötig, wie im Fall einer Leistungsänderung l bei Niederdruckvollastbetrieb.
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Da bei einer Entnahmesteuerung der erwähnten Art die eingangs erwähnten
Bedingungen nur erfüllbar sind, wenn den Hub-( änderungen des Ein.laß- und des Übertrittventils
proportionale Dampfmengenänderungen entsprechen, so haben größeren Frischdampfmengenänderungen
f' auch größere Hübe des Frischdampfventils zu entsprechen.
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Letzterer Forderung wird nun bei einer Entnahmesteuerung der eingangs
erwähnten Art gemäß vorliegender Erfindung dadurch Genüge geleistet, daß die Anschläge
für den Ausgleichsbalken räumlich fest sind und den Hub des Anlenkpunktes des Übertrittventils
am Ausgleichsbalken für Vollast und Leerlauf des Niederdruckteiles begrenzen und
daß ferner in das vom Entnahmedruckregler betätigte, am Ausgleichsbalken angreifende
Gestänge ein nachgiebiges Glied eingeschaltet ist, welches ausweicht, sobald der
Ausgleichsbalken gegen die festen Anschläge stößt.
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Zweckmäßig können an einem durch das nachgiebige Glied belasteten
Hebel ein den Zutritt von Frischdampf in die Entnahmeleitung beherrschendes Druckminderventil
und ein den Abfluß von Dampf aus der Entnahmeleitung beherrschendes Abblaseventil
so angelenkt sein, daß letzteres bei ganz offenem Übertrittventil und weiterer Zunahme
der Belastung der Turbine geöffnet wird, während das Druckminderventil bei geschlossenem
Übertrittventil und weiterer Abnahme der Last geöffnet wird.
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Fig. 2 der Zeichnung zeigt in vereinfachter Darstellungsweise eine
beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstands, und Fig.3 zeigt eine Einzelheit
in größerem Maßstab.
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In Fig. 2 bezeichnet 15 den Hochdruckteil und 12 den Niederdruckteil
einer Entnahmedampfturbine, deren Frischdampfleitung mit 17 bezeichnet ist,
während 72 eine Entnahme-, 1q. eine Überström- und 13 eine Abdampfleitung bezeichnet.
16 ist das die dem Hochdruckteil 15 zuströmende Frischdampfmenge regelnde Einlaßventil,
und i i ist ein mit einem beweglichen Anschlag io und einem räumlich festen Anschlag
ioi versehenes Übertrittventil, das die Überströmung des nicht durch die Entnahmeleitung
72 entnommenen Teiles des Dampfes aus dem Hochdruckteil 15 in den Niederdruckteil
12 beherrscht. Das Ventil i i ist bei 8 mit einem Ausgleichsbalken 2 verbunden,
der über der Verbindungsstelle 8 einen Anschlag 7 trägt, welcher zum Zusammenarbeiten
mit einem in nicht gezeigter Weise verstellbaren Anschlag6 bestimmt ist. Auch das
Einlaßventil 16 ist mittels einer Stange 18 bei 2o mit dem Ausgleichsbalken 2 verbunden.
Zwischen den beiden Verbindungsstellen 8 und 2o der Ventile i i bzw. 16 greift am
Ausgleichsbalken 2 bei 5 über eine Stange 4 ferner ein
auf die Drehzahl
der Turbinenwelle ansprechender Regler i an. Der in der Entnahmeleitung 72 herrschende
Druck wirkt über eine Leitung 3 i auf den Kolben 28 eines Entnahmereglers ein, dessen
Gehäuse mit 29 bezeichnet ist. Entgegen dem Entnahmedruck wirkt auf den Kolben 28
eine Feder 3o ein. Der Kolben 28 ist mittels Stange 26 bei 24 an einen Hebe123 angelenkt,
der seinerseits über eine Stange 22 bei 21 gelenkig mit dem Ausgleichsbalken :2
verbunden ist. Die Verbindungsstelle 21 ist außerhalb der Verbindungsstellen 8 und
2o der Ventile i i bzw. 16 gelegen. Die Entfernungen b, c und d
zwischen
den verschiedenen Angriffsstellen 21 und 2o bzw. 2o und 5 bzw. 5 und 8 am Ausgleichsbalken
2 sind in bekannter Weise nach der Formel festgelegt:
Dadurch läßt sich bekanntlich erreichen, daß Schwankungen der Entnahmemenge bei
Niederdruck- und Hochdruckteillasten ohne Einfluß auf die Turbinentotalleistung
und Schwankungen der Totalleistung der Turbine ohne Einfluß auf die Entnahmemenge
bleiben.
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46 bezeichnet ein Druckminderventil, durch das in einer Leitung 47
zuströmender Frischdampf in die Entnahmeleitung 72 gelangen kann, und 40 ist ein
Abblaseventil, durch das Dampf aus der Entnahmeleitung 72 in -eine Leitung 41 abfließen
kann. Das mit einem Anschlag 45 versehene Druckminderventil 46 ist durch eine Stange
44 bei 42 an einen Hebel 7o angelenkt, an den bei 36 mittels einer Stange 38 auch
das mit einem Anschlag 39 versehene Abblaseventil 4o angelenkt ist. Auf den Hebel
7o wirkt ein als Feder 71 ausgebildetes, elastisch nachgiebiges Glied ein, wobei
dieser Hebel 7o durch eine bei 35 angreifende Stange 34 auch mit dem Hebel 23 verbunden
ist, an den die Stange 34 bei 33 angelenkt ist.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Entnahmesteuerung ist folgende:
Solange Hochdruck-und Niederdruckteillastbetrieb herrscht, also die Betriebspunkte
innerhalb der von den Linien Ao, Eo, Av und Fv der Fig. i begrenzten Fläche liegen,
so wirkt die Steuerung in normaler, also bekannter Weise. Sobald jedoch der Niederdruckteil12
voll belastet ist, in welchem Fall das übertrittventil i i ganz geöffnet ist und
der Anschlag 7 des Ausgleichsbalkens 2 gegen den Anschlag 6 anliegt, wird die Verbindungsstelle
8 des Gestänges des Ventils i i am Balken 2 zu einem festen Drehpunkt für den letzteren.
Treten in einem solchen Fall nunmehr vom Hochdruckteil allein zu übernehmende Belastungsänderungen
ein, so bewirkt der Fliehkraftregler i nicht mehr Schwenkungen des Ausgleichsbalkens
2 um die Verbindungsstelle 2i, wie es bei Niederdruckteillastbetrieb der Fall war,
sondern um die Verbindungsstelle B. Das hat, wenn zwischen den Größen
b, c und d
sowie f' und f die oben angeführte Beziehung
erfüllt ist, zur Folge, daß denselben Ausschlägen des Reglers i wie bei Niederdruckteillastbetrieb
jetzt derart größere Hubänderungen des Einlaßventils 16 entsprechen, daß bei gegebenem
Ausschlag des Reglers i sich für die Turbine die gleiche Leistungsänderung wie bei
Niederdruckteillastbetrieb ergibt. Bedingung für eine solche Arbeitsweise ist jedoch,
daß die Verbindungsstelle 21 am linken Ende des Balkens 2 für die erwähnten Schwenkbewegungen
dieses Balkens freigegeben wird. Das ist dank der Einschaltung des elastisch nachgiebigen
Gliedes 71 in das vom Entnahmedruckregler 28, 29, 3o betätigte Gestänge der Fall.
Nimmt nämlich z. B. die Belastung des Hochdruckteiles 15 bei sich gleichbleibenden
Entnahmeverhältnissen zu, so wird der Ausgleichsbalken 2 im Uhrzeigerdrehsinn etwas
um die Verbindungsstelle 8 geschwenkt. Der Angriffspunkt 24 des Entnahmedruckreglers
28, 29, 3o am Doppelhebel 23 wirkt dabei als fester Hebeldrehpunkt, da ja dieser
Regler zur Zeit keinen Impuls erfährt. Bei der erwähnten Schwenkung des Balkens
:2 um die Stelle 8 erfährt daher der Hebel 23 eine Schwenkung um den Angriffspunkt
24 entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn, wobei die Verbindungsstellen 33 und 35 auf alle
Fälle gehoben werden und die Feder 71 dem Hebel 70 auszuweichen gestattet.
Da beide Ventile .4o, 46 mit ihren Anschlägen 39 bzw. 45 am Beginn jener Regelbewegung
auflagen und das Druckminderventil 46 in seiner Lage zu verharren trachtet, so wirkt
sich die genannte Schwenkbewegung des Hebels 70 so aus, daß dessen Verbindungsstelle
42 als fester Drehpunkt wirkt, so daß das Abblaseventil4o geöffnet wird. Durch passende
Festlegung der Übersetzungen am Hebel 70 läßt sich erreichen, daß das Abblaseventil
40 gerade um so viel geöffnet wird, daß die Dampfmenge, welche zur Zeit vom Hochdruckteil
15 zu viel an die Entnahmeleitung 72 abgegeben wird, durch dieses Ventil 40 aus
der Leitung 72 wieder abfließen kann. Erfährt dagegen der Hochdruckteil bei geschlossenem
Übertrittventil i i und bei sich gleichbleibenden Verhältnissen in der Entnahmeleitung
72 eine Entlastung, so wird der Ausgleichsbalken 2 entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn
etwas um die zur Zeit als fester Drehpunkt wirkendeVerbindungsstelle8 geschwenkt,
was -zur Folge hat, daß der Doppelhebel 23 im Uhrzeigerdrehsinn um den zur Zeit
ebenfalls als fester Drehpunkt wirkenden Angriffspunkt 24
geschwenkt
wird. Da jetzt zu wenig Dampf aus dem Hochdruckteil 15 in die Entnahmeleitung 72
gelangt, so ist das Abblaseventil 4o bestrebt, in seiner Schließlage zu verharren,
so daß seine Angriffsstelle 36 am Hebel 7o als fester Drehpunkt für diesen durch
die Stange 34 mit dem Hebe123 verbundenen Hebel 70 wirkt. Bei der erwähnten Schwenkung
des Hebels 23 im Uhrzeigerdrehsinn wird daher der Hebel 7o entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn
um die Stelle 36 verschwenkt, so daß jetzt das Druckminderventil 46 geöffnet wird.
Durch passende Festlegung der Übersetzungsverhältnisse am Hebel 70 läßt sich auch
für diesen Fall erreichen, daß das Druckminderventil 46 gerade um so viel geöffnet
wird, daß das, was zur Zeit vom Hochdruckteil an Dampf weniger an die Entnahmeleitung
72 abgegeben wird, durch die durch das Druckminderventil 46 zufließende Menge ausgeglichen
wird. Auch in diesem Fall entsprechen einer gegebenen Drehzahländerung größere Hubänderungen
des Einlaßventils 16 als bei Niederdruckteillastbetrieb, und das in das Gestänge
des Entnahmedruckreglers 28, 29, 3o eingeschaltete, elastisch nachgiebige Glied
71 gestattet wiederum, je nach Erfordernis, zusätzlich ein Offnen des Druckminderventils
.a.6.
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Am Ausgleichsbalken können allenfalls mehrere Einlaßventile und/oder
mehrere Übertrittventile angreifen.
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Die Erfindung läßt sich auch anwenden, wenn das Gestänge des Entnahmedruckreglers
mittelbar betätigt wird. In einem solchen Fall werden, wie dies in Fig. 2 durch
strichpunktierte Linien angedeutet ist, zweckmäßig in die Gestänge, welche das Einlaßventil
16 und das Übertrittv entil i i mit dem Ausgleichsbalken 2 verbinden, an sich bekannte
Verstärkerorgane i9 bzw. 9 eingeschaltet. 3 ist gleichfalls ein Verstärkerorgan.
Auch in das Gestänge 26, welches den Kolben 28 des Entnahmedruckreglers mit denn
Hebel 23 verbindet, kann ein solches Verstärkerorgan 25 eingeschaltet «,-erden.
37 und 43 bezeichnen weitere Verstärkerorgane, von denen ersteres in das Gestänge
38 des Abblaseventils 40 und das Organ 43 in das Gestänge 44 des Druckminderventils
4.6 eingeschaltet ist.
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Fig. 3 zeigt die Einzelheiten eines solchen Verstärkerorgans in größerem
Maßstab im Schnitt. .49 bezeichnet eine Stange, auf die der Regelimpuls zuerst einwirkt
und die eine zum Zusammenarbeiten mit einem Anschlag 5 i bestimmte Schulter 5o aufweist.
Der untere Teil der Stange 49, in dem ein Kanal 62 vorgesehen ist und der zwei Bünde
5.4 und 58 aufweist, ist in einem Verstärkerkolben 52 geführt, der in einem Gehäuse
63 läuft. Der Kolben 52 begrenzt zusammen mit dem Gehäuse 63 einen Ringraum 53,
an den eine Ah flußleitung 61 für das zum Betätigen des Verstärkerorgans dienende
Druckmittel und ein Kanal 65 angeschlossen sind. 55 bezeichnet einen ähnlichen
Ringraum, an den eine Zuflußleitung 59 für das erwähnte Druckmittel und ein Kanal
56 angeschlossen sind. Im X"erstärkerkolben 52 sind ferner zwei Kanäle 57 und 6o
vorgesehen, von denen ersterer nach einem Raum 66 zwischen dem unteren Ende des
Kolbens 52 und dem Gehäuse 63 und letzterer nach einem Raum 67 zwischen dem oberen
Ende des Kolbens 52 und dein Gehäuse 63 führt. Die Bewegungen des Verstärkerkolbens
52 werden durch eine mit demselben ein Ganzes bildende Stange 68 auf das vorn Regelimpuls
zu betätigende Organ übertragen. Die Zu- und Abflußleitungen 59 bzw. 61 aller Verstärkerorgane
können zweckmäßig an die Druckmittelquelle angeschlossen sein, «-elche die Druckflüssigkeit
zur Betätigung der Entnahmesteuerung liefert.
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Die Wirkungsweise des in Fig. 3 gezeigten, an sich bekannten Verstärkerorgans
ist folgende: In der Figur sind die Teile in der Lage gezeigt, die sie bei stabilen
Betriebsverhältnissen einnehmen. Der Verstärkerkolben 52 befindet sich in seiner
Mittellage, t:nd der Bund 54 verhindert jeden Durchfluß von Druckflüssigkeit durch
den Kanal 57, wie auch der Bund 58 jeden Durchfluß von Druckflüssigkeit durch den
Kanal 6o verhindert. Sobald jedoch die Stange d.9 einen Regelimpuls erfährt, beispielsweise
in dem Sinn, daß sie relativ zum Verstärkerkolben 52 nach oben verschoben wird,
so gelangt die aus der Zuflußleitung 59 in den Ringraum 55 übertretende Druckflüssigkeit
durch die Kanäle 56 und 57 in den Raum 66, während die im Raum 67 vorhandene Druckflüssigkeit
durch die r Kanäle 6o, 62 und den Kanal 65 in den Ringraum 53 gelangen und aus diesem
in die Abflußleitung 61 übertreten kann. Die Folge von all dem ist, daß der Kolben
52 nach aufwärts bewegt wird, was aber wegen der verhältnismäßig großen Fläche dieses
Kolbens. auf welche die Druckflüssigkeit zum Einwirken kommt, mit wesentlich größerer
Kraft erfolgt, als es in bezug auf die Stange 49 der Fall ist.
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Bewirkt der Regelimpuls eine Verschiebung der Stange .I9 nach abwärts,
so gelangt Druckflüssigkeit aus der Zuflußleitung 59 über den Ringraum 55 und die
Kanäle 56 und 6o in den Raum 67, «nährend aus dem Raum 66 die Druckflüssigkeit durch
die Kanäle 57 und 65 sowie den Ringraum 53 in die Abflußleitung 61 übertreten kann,
so daß der Kolben 52 veranlaßt wird, mit verstärkter Kraft ebenfalls eine Abwärtsbewegung
auszuführen.
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Wenn von der Turbine 15, i-> keine 'Leistungsabgabe verlangt wird,
so ist der Zutritt von Dampf zur Leitung 17 abgesperrt, und
diese
Turbine wird außer Betrieb genommen. Haben jedoch die an die Entnahmeleitung 72
angeschlossenen Verbrauchsstellen nach wie vor Dampf zü erhalten, so kann dem dadurch
Rechnung getragen werden, daß der Ausgleichsbalken 2 in einer Mittellage mittels
einer ein- und ausrückbaren Verblockvorrichtung 69 festgehalten wird. Der Entnahmedruckregler
28, 29, 30 kann dabei nach wie. vor spielen, so daß das Druckminderventil
46 entsprechend dem jeweiligen Dampfbedarf eingestellt wird. Mit Rücksicht auf einen
solchen Betriebszustand ist es zweckmäßig, für die zur Betätigung des Druckminderventils
46 und des Abblaseventils 4o dienenden Verstärkerorgane 43 bzw. 37 und für das Verstärkerorgan
25 eine eigene Hilfsdruckmittelquelle vorzusehen, so daß diese Verstärkerorgane
25, 37, 43 auch dann noch ihren Dienst versehen, wenn z. B. eine durch die Turbinenwelle
angetriebene Hilfsdruckmittelpumpe ausfällt.
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Werden der als Platte ausgebildete Anschlag 7 und der Anschlag 6 rechts
vom Angriffspunkt 8 des Überströmventilgestänges am Ausgleichsbalken :2 angeordnet,
so werden die Drehzahlschwankungen je Leistungseinheit bei reinem Entnahmebetrieb
größer als bei Niederdruckteillastbetrieb. Eine leichte Vergrößerung in diesem Sinn
ist bisweilen erwünscht. Auch in diesem Fall werden für den Niederdruckvollast-
und Niederdruckleerlaufbetrieb. bei einer gegebenen Drehzahländerung gleichfalls
größere Hubänderungen des Einlaßventils als bei Niederdruckteillastbetrieb erreicht.
Das gleiche gilt, wenn die Anschläge io und iol des Übertrittventils i i von diesem
getrennt, rechts vom Angriffspunkt 8 des Überströmventilgestänges angeordnet werden,
wobei, sofern das Ventil i i als Anschläge wirkende, dichtende Sitze aufweist, ein
nachgiebiges Glied in die Spindel dieses Ventils einzuschalten ist. Wird zwischen
Punkt 8 und Ventil i i ein Verstärkerorgan 9 (Fig. 3) eingeschaltet, so wird dieses
nachgiebige Glied durch Weglassen der Schulter 5o verwirklicht.