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Verfahren zur Regelung des Spiegels der in einem Turbinenläufer verdampfenden
Kühlflüssigkeit Die Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren und eine Einrichtung
zum Regeln des Spiegels der in einem Turbinenläufer verdampfenden Kühlflüssigkeit
und besteht darin, daß ein Dampf- oder Gasstrom höheren Druckes als derjenige der
verdampfenden Flüssigkeit zur Einspeisung der Flüssigkeit verwendet und die eingespeiste
Menge durch den Dampf- oder Gasstrom in an sich bekannter Weise im umgekehrten Verhältnis
der Spiegelhöhe unmittelbar durch den Flüssigkeitsspiegel beeinflußt wird.
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Es ist bereits bekannt, einen in der Nähe der Schaufelfüße hohlen
Läufer durch Bohrungen von der Welle her mit Kühlwasser zu versorgen. Dieses Wasser
läßt man dann entweder nach außen, z. B: durch die hohlen Schaufeln, austreten und
fängt es im Gehäuse wieder auf, oder man leitet es nach innen wieder zur Welle ab.
Diese Bauart hat den
Mangel, ohne Verdampfung, also mit sehr großer
Wassermenge, zu arbeiten. Infolgedessen treten auch große Wasserverluste auf, und
vor allem wird durch den Fliehkraftdruck des mit Wasser gefüllten Läufers in der
Nähe der Schaufel ein Innendruck von etwa ioo bis 6oo Atm. erzeugt, der die bereits
hohe Beanspruchung der Scheibe noch weiter stark erhöht.
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Eine andere Bauart arbeitet zwar mit Verdampfung des Wassers. Um die
Stärke des Wasserringes und damit den Fliehkraftdruck erträglich zu halten, wird
dort eine bestimmte Wassermenge in dem hohlen verschweißten Läufer eingeschlossen,
in dessen Innerm dann auch die Kondensation bewirkt werden muß. Diese Art der Kühlung
hat neben gewissen Vorteilen jedoch den großen Nachteil, daß sie bei geringster
Undichtigkeit des Läufers versagt. Weiterhin ist die abführbare Wärmemenge durch
die verhältnismäßig kleine Kühlfläche, die sich im Läufer nur schwer einbauen läßt,
sehr begrenzt. Nachteilig ist ferner die Erhöhung des Dampfdruckes im Läufer durch
den größeren Temperaturunterschied zwischen Kühlmittel und Wasserring, der durch
die erforderliche zweimalige Wärmeübertragung auftritt.
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Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird nun die Aufgabe gelöst,
die Flüssigkeitszufuhr zu einer verdampfenden Menge des gleichen Stoffes so vorzunehmen,
daß der Stand des Flüssigkeitsspiegels, d. h. also, auch die Flüssigkeitsmenge selbst,
stets nahezu gleichbleibt. Dadurch ist es ermöglicht, die Stärke des Wasserringes
in dem umlaufenden Läufer zur Sicherheit zu begrenzen. Eine Steigerung des Druckes,
der Temperatur- und der Werkstoffbeanspruchung wird vermieden, !, und die Kondensation
kann in üblicher, bequemer Weise außerhalb des Läufers vorgenommen werden.
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Bei einer Einrichtung zum Speisen eines Kessels mittels Injektors
ist bereits vorgeschlagen worden, die einzuspeisende Wassermenge in Abhängigkeit
vom Wasserspiegel I der Kesseltrommel dadurch zu regeln, daß beim Sinken unter eine
bestimmte Wasserstandshöhe Dampf und beim Erreichen der gewünschten Wasserstandshöhe
Wasser aus der Kesseltrommel zum Injektor strömt, worauf die Speisung aussetzt.
In die zum Injektor gehende Speisewasserleitung ist ein Rückschlagventil eingebaut,
das beim Aussetzen der Speisung schließt und somit ein Rückströmen aus dem Kessel
verhindert. Da die Speisevorrichtung unter dem gleichen Druck wie der Kesseldampf
steht, kommt beim Absinken des Wasserspiegels keine Strömung zustande, durch die
.die Förderung wieder einsetzen könnte. Die beabsichtigte selbsttätige Speiseregelung
kann also nicht ' eintreten. Im Gegensatz dazu ist nach der Erfindung das Einspeisen
der Kühlflüssigkeit in den Turbinenläufer unter allen Betriebs-Bedingungen gesichert,
weil zur Förderung der Kühlflüssigkeit ein Dampf- oder Gasstrom höheren Druckes
als derjenige der verdampfenden Flüssigkeit dient.
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Die Einrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
z. B. in der Weise ausgebildet sein, daß das (Gas-) Dampf-Flüssigkeits-Gemisch dem
Flüssigkeitsring durch einen Kanal zugeführt wird, dessen Ausströmöffnung in der
Höhe des normalen Flüssigkeitsspiegels und in Richtung auf diesen zu mündet, wobei
es vorteilhaft ist, die Ebene der Ausströmöffnung des Kanals so anzuordnen, daß
sie in einem Winkel zum Flüssigkeitsspiegel liegt.
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Die Strömung zum Fördern der Flüssigkeit wird erfindungsgemäß durch
einen Schleuderverdichter erzeugt, der zweckmäßig unmittelbar von der Welle des
Turbinenläufers angetrieben wird. Weitere Einzelheiten sind aus der nachfolgenden
Beschreibung der Zeichnung zu ersehen. In der Zeichnung ist Abb. i die wesenhafte
Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Einrichtung zum Ausüben des erfindungsgemäßen
Verfahrens, Abb. 2 eine weitere Ausführungsform und Abb. 3 die Darstellung einer
Einzelheit in vergrößertem Maßstab.
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Das Laufrad i der Turbine ist hohl ausgebildet und trägt am Umfang
Schaufeln, die in besonderer Art befestigt sind, so daß eine Flüssigkeit die Schaufelfüße
umspült oder bei hohlen Schaufeln in die Schaufel strömen kann. In das Laufrad gelangt
im Betriebszustand eine Flüssigkeit, die sich ringförmig am Umfang verteilt. Der
so gebildete Flüssigkeitsring 2 wird die aus der Schaufel kommende Wärme aufnehmen
und dadurch verdampfen. Der erzeugte Dampf strömt durch das hohle Laufrad i in die
hohle Welle 3. In dem Laufrad befindet sich noch ein besonderer Kanal .I in der
Form einer Scheibe oder eines oder mehrerer Rohre, der mit seiner Mün-. dung 3 auf
dem Umfang endet, auf den der innere Spiegel des Flüssigkeitsringes gehalten werden
soll. Dieser Kanal. steht mit einem in der hohlen Welle 3 befindlichen Rohr 6 in
offener Verbindung. Am Wellenende befindet sich ein Schleuderrad;, welches aus dem
von i der hohlen Welle 3 und dem Rohr 6 gebildeten Ringraum 8 Dampf oder Gas oder
ein Gemisch beider ansaugt und in die Leitung 9 drückt, die zum Kühler io führt.
Von dieser Leitung wird ein Teil des Dampfes durch die Leitung i i abgezweigt und
durch das Rohr 6 in den Kanal 4 geführt, von wo aus der
Dampf durch.
die Mündung 5 wieder in das hohle Laufrad . tritt. Dieser Anteil des Dampfes beschreibt
also einen Kreislauf. In die Leitung i i ist eine Einrichtung 12 eingeschaltet,
die ähnlich einem Vergaser arbeitet. In der Rohrverengung 13 wird durch die Geschwindigkeitssteigerung
der Druck des Dampfes gesenkt gegenüber dem Druck in der Leitung i i und dem Kühler
ro, so daß durch das in die Rohrverengung einmündende Rohr 14 Flüssigkeit aus dem
Behälter 15 angesaugt wird. Das Kondensat des im Kühler io niedergeschlagenen Dampfes
fließt durch die Leitung 16 dem Behälter 15 zu, in dem der Flüssigkeitsstand durch
das Schwimmerventil 17 gleichgehalten wird. Die durch das Rohr 14 angesaugte Flüssigkeit
wird von dem, Dampf mitgenommen und durch das Rohr 6 und den Kanal 4 in das hohle
Laufrad r befördert. Durch die hohe Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades wird die
vom Dampf mitgerissene Flüssigkeit aus dem Dampf ausgeschleudert, wodurch der Flüssigkeitsring
2 verstärkt wird. Eine Verstärkung des Flüssigkeitsringes bewirkt, daß der innere
Flüssigkeitsspiegel sich der Öffnung 5 des Kanals 4 nähert und damit denAustrittsquerschnitt
verengt. Die Verengung verringert die, durch die Leitung i i strömende Umlaufdampfmenge
und damit auch die von dieser aus der Einrichtung 12 angesaugte Flüssigkeitsmenge,
so daß dem Flüssigkeitsring weniger Flüssigkeit zugeführt wird. Schließt der Flüssigkeitsring
die Öffnung 5 vollständig, so hört auch die Zufuhr neuer Flüssigkeit auf, -bis durch
die Verdampfung im Laufrad die Öffnung 5 wieder freigegeben wird.
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Durch dieses einfache Verfahren wird ein Flüssigkeitsstand vollständig
selbsttätig geregelt für jeden Betriebszustand. Von Vorteil ist ferner, daß durch
den überdruck im Kühler io das hier anfallende Kondensat ohne besondere Fördereinrichtung
wieder in den Behälter 15 gefördert wird. Aus dem ganzen System kann nur durch die
Dichtungen 18 und r9 Dampf entweichen. Diese Verluste werden aus dem Behälter 2o
als Flüssigkeit ersetzt.
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Das Verfahren kann auch so durchgeführt werden, daß nur die Verluste
an Dampf und Flüssigkeit durch die vergaserartige Einrichtung 12 dem Kreislauf zugeführt
werden. Abb. 2 zeigt eine solche Schaltung. Aus denn Verdichter 7 strömt der Dampf
dem Kühler io zu, in dem er zum größten Teil kondensiert. Der Restdampf mit der
Flüssigkeit zusammen strömen durch die Leitung 21 der Einrichtung 12 zu und durch
das Rohr 6 und den Kanal 4 in das hohle Laufrad. Wenn bei dieser Betriebsart keine
Undichtigkeit vorhanden wäre, so würde auch die dem Laufrad zufließende Flüssigkeitsmenge
gleich der verdampften Menge sein. Der Flüssigkeitsring bliebe dann immer gleich
und derart, daß die Öffnung 5 der Kanäle 4 ständig abgeschlossen wären. Erst bei
Verlust an Kühlmittel nimmt der Flüssigkeitsring ab und gibt die Öffnungen 5 frei,
so daß durch den Dampfumlauf neue Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 22 über die
Leitung 23 und die Einrichtung 12,- angesaugt wird. Die Leitung 24 dient dem Druckausgleich
zwischen dem Behälter 22 und der Leitung 2i.
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Statt der vergaserartigen Einrichtung 12 können auch' andere Einrichtungen
verwendet werden, die in Abhängigkeit von einer durch ein Rohr strömenden Menge
Flüssigkeiten fördern, so z. B. eine Antriebsmaschine nach der Verdrängerbauart,
die eine Flüssigkeitspumpe antreibt. Das Verdichterrad zur Erzeugung der Strömung
kann auch von einef besonderen Antriebsmaschine, z. B. einem Elektromotor, angetrieben
werden.
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Von Vorteil ist es ferner, gemäß Abb. 3 die Öffnung 5 des Kanals 4
so auszubilden, daß sie nicht in der Oberfläche der Flüssigkeit liegt. Dadurch wird
erreicht, daß das Verschließen der Öffnung 5 durch die Flüssigkeit allmählich durch
eine geringe Schwankung in der Stärke des Flüssigkeitsringes erfolgt, wodurch die
Regelung stabil wird.
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Es ist ferner auch möglich, mit einem Verdichter zur Erzeugung der
Strömung in mehreren Behältern gleichen Druckes den Flüssigkeitsstand zu regeln.