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Vorrichtung für Dampfturbinen-Ein- und -Mehrfach-Entnahme- und -Zwei-
und -Mehrdruckregelungen, die durch Druckflüssigkeit betrieben werden Die Aufgabe
einer gewöhnlichen Turbinenregelung ist die Konstanthaltung der Drehzahl. Handelt
es sich um eine Entnahmeturbine, so kommt als weitere Bedingung die Konstanthaltung
des Entnahmedrucks dazu. Beides geschieht bekanntlich mit einer gewissen Ungleichförmigkeit,
die je nach dem Zweck und der Güte der Steuerung größer oder kleiner sein kann.
Eine Leistungsänderung wird daher immer eine gewisse Drehzahländerung und eine Entnahmeänderung
eine gewisse Entnahmedruckänderung zur Folge haben. Diese Eigenschaften einer Entnahmeregelung
nimmt man nicht nur in Kauf, sie sind im Gegenteil erwünscht, da gerade sie einen
geordneten Parallelbetrieb mehrerer Maschinen erst ermöglichen. Hingegen ist es
ganz unerwünscht und wird in den meisten Fällen als störend empfunden, wenn durch
Leistungsänderungen Entnahmedruckänderungen und durch Entnahmeänderungen Drehzahländerungen'verursacht
werden, und zwar auch dann, wenn diese im Rahmen der üblichen Ungleichförmigkeit
bleiben. An eine gute Entnahmeregelung wird daher die Forderung gestellt, daß i.
bei Leistungsänderungen der Entnahmedruck und 2. bei Entnahmeänderungen die Drehzahl
praktisch konstant bleiben. Diese Forderungen sind dann erfüllt, wenn sich bei einer
Leistungsänderung die durchströmende Dampfmenge in den Einlaß- und Überströmventilen
um
gleich viel ändert und wenn bei einer Entnahmeänderung sich die Leistungsänderungen
der Hochdruckstufe einerseits und der Niederdruckstufe anderseits ausgleichen. Beides
ist nur möglich, wenn die Ventilbewegungen bei diesen Regelvorgängen auf bestimmte
Art aufeinander abgestimmt sind.
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Dem Bestreben, in dieser Richtung einen Schritt weiter zu kommen,
verdankt die Druckflüssigkeitssteuerung gemäß der Erfindung ihr Entstehen, bei der
zwischen die Regler und Ventilgruppen die an sich bekannten Druckwandler eingeschaltet
sind. Diese Druckwandler stellten z. B. lediglich ein zwischen einem Regler und
einer Ventilgruppe geschaltetes Zwischenorgan dar, indem sie bisher nur zur Regelung
der Einlaßventile verwendet wurden, die entweder nach Maßgabe des Leistungsbedarfs
oder nach Maßgab3 der Entnahmedampf- oder Abdampfmenge erfolgte. Es wirkte daher
gleichzeitig immer nur ein Regler auf den Druckwandler, so daß man nicht gleichzeitig
auf Einhaltung zweier Betriebsgrößen regeln konnte, im Gegensatz zur Erfindung,
nach der die bei Dampfturbinen-Ein- und -Mehrfach-Entnahmeregelungen und Zwei- und
Mehrdruckregelungen notwendigen Ventilbewegungen qualitativ dadurch erreicht werden,
daß an jedem einzelnen Druckwandler alle Regler angeschlossen sind und so deren
Einflüsse sinngemäß summiert werden.
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Was hier mit Drucköl erreicht wird, ist zwar auch schon mit Gestängeregelung
sowie auf elektrischem Wege angestrebt worden in Nachbildung einer Gestängeregelung,
doch ist gerade die Gestängelosigkeit eine wesentliche Eigenschaft der Vorrichtung
nach der Erfindung.
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An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert, wobei als
Druckflüssigkeit 01 angenommen sei.
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Fig. i zeigt die Regeleinrichtung in schematischer Darstellung. Diese
läßt in anschaulicher Weise erkennen, daß die durch die beiden Regler, Geschwindigkeitsregler
i und Druckregler i9, gesteuerten Öldrücke p" und pe, die wir als Primärdrücke bezeichnen,
auf den Druckwandler 9 wirken, der nun erst die Sekundärdrücke pf und p;; steuert,
mit denen die Einlaß-und Üb3rströmventile 6 bzw. 7 betätigt werden. Die Einlaß-
und Überströmventile werden also bei dieser Steuerung nicht mehr wie bisher unmittelbar
durch den Geschwindigkeits- und Entnahmedruckregler i bzw. i9 gesteuert, sondern
durch je einen Stufenkolben io, ii (Fig. 2), der seinerseits die Regelimpulse von
den genannten Reglern empfängt. Das Innere des Druckwandlers 9 zeigt die Fig. 2,
in der alles Unwesentliche weggelassen wurde. Die Stufenkolben io, ii, auf deren
Flächen die beiden Primärdrücke p" und p, wirken, sind oben je zu einem Steuerschieber
ausgebildet, mit dem sie die Sekundärdrücke Pf und p, steuern. Dies geschieht mit
den beiden Steuerkanten X und Y, die in der Mittellage der Stufenkolben
die Oldurchflüsse überdeckungslos schließen und über die bei einer Verschiebung
des Kolbens Drucköl unter die Kraftkolben 8 der Ventile 6, 7 gegeben oder von dort
abgelassen wird, wie die mittleren Pfeile andeuten. Die Rückführung der Stufenkolben
io, ii erfolgt durch die gesteuerten Drücke selbst, indem sie auf die obere Stirnfläche
der Stufenkolben wirken. Ihre Sollwerte sind bestimmt durch das Gleichgewicht mit
den Drükken p" und p, zu denen sie auf diese Art in eine bestimmte
Abhängigkeit kommen. Wie Fig.2 zeigt, unterscheiden sich die beiden Stufenkolben
io, ii nur durch die Druckrichtung von pe, die am einen Kolben io nach oben, am
anderen ii nach unten geht. Bezüglich des Verhaltens der beiden Sekundärdrücke wirkt
sich das so aus, daß bei einer Erhöhung von p" sowohl Pf als p;; zunehmen,
während bei einer Erhöhung von p, Pf zunimmt und p;; abnimmt. Das bedeutet, daß
bei einer Leistungserhöhung, die ja durch eine Erhöhung von p" angezeigt wird, beide
Ventilgruppen öffnen und bei einer Entnahmevergrößerung die Einlaßventile öffnen
und die Überströmventile schließen. Damit bei diesen Regelvorgängen im einen Fall
der Entnahmedruck, im andern Fall die Drehzahl nicht gestört werden, müssen die
Ventilbewegungen und folglich auch die entsprechenden Sekundärdruckänderungen, wie
bereits oben gezeigt, in bestimmten Verhältnissen zueinander stehen. Eine solche
Abstimmung der Sekundärdrücke aufeinander ist aber ohne weiteres möglich durch geeignete
Wahl der verschiedenen Kolbenflächen. Allerdings setzt dies eine lineare Abhängigkeit
der durchströmenden Dampfmengen von den Sekundärdrücken voraus, die durch Anwendung
von Drosselkragen an den Ventilen bis zu einem gewissen Grade auch erreicht wird.
Mit derselben Genauigkeit, mit der dies möglich ist, hält dann auch die Steuerung
die eingangs erwähnten Regelbedingungen ein.
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In der üblichen Darstellungsweise und entsprechend ausführlicher zeigt
Fig. 3 die Regeleinrichtung an einer Entnahmedampfturbine 25 mit der Zuleitung 26
und der Entnahmeleitung 27, den Einlaßventilen 6, den Überströmventilen 7, von welchen
beiden Arten nur je eines dargestellt ist, ihren Kraftkolben 8, dem Rückschlag-
und Absperrventil 21 in der Entnahmeleitung, dem Geschwindigkeitsregler i mit Ölregulierbüchse
3 und Ölregulierschlitz 4, Einstellschraube 5 und Zahnradölpumpe 2. i9 ist der Entnahmedruckregler,
der durch Impulsleitung 28 mit der Dampfentnahmestufe der Turbine verbunden ist.
Das eigentliche Zentralsteuerorgan ist der Druckwandler 9. Ihm werden durch die
Leitungen 22 und 23 die durch Geschwindigkeitsregler i und Entnahmedruckregler i9
gesteuerten Primärdrücke p" und p, zugeführt. Durch die Leitung 29 erhält der Druckwandler
das Kraftöl von der Pumpe 2 mit dem Druck pp; bei 35 fließt das durch die beiden
Stufenkolben abgesteuerte 01
weg. Die durch den Druckwandler q gesteuerten
Sekundärdrücke pf und pN werden durch die Leitungen 30 und 31 zu den Kraftkolben
8 der Einlaß- und Überströmventile 6 und 7 geleitet. Der Schnitt durch den Druckwandler
zeigt die beiden Stufenkolben io und ii, die grundsätzlich mit denjenigen der Fig.
2 übereinstimmen. Sie unterscheiden sich von diesen nur dadurch, daß das gesteuerte
01 anstatt außen herum durch das Kolbeninnere auf die oberen Stirnflächen
gegeleitet wird. Die übrigen Unterschiede werden weiter unten in einem anderen Zusammenhang
noch erörtert.
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Wie der Schnitt zeigt, gelangt der Primärdruck p" in die Räume R,
wo er an beiden Stufenkolben nach oben drückt. Der andere Primärdruck p, wird über
einen
Hahn 12 nach den Räumen S und T geleitet, wo er am Stufenkolben io nach oben, am
Stufenkolben ii dagegen nach unten drückt. X und Y sind wieder die
Steuerkanten. In den Räumen V und W herrschen die Sekundärdrücke pf
und pN.
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Die zwei hauptsächlichsten Regelvorgänge, Leistungsänderung und Entnahmeänderung,
spielen sich wie folgt ab: Bei einer Leistungserhöhung z. B. fällt zunächst die
Drehzahl, und es erhöht der Geschwindigkeitsregler i den Primärdruck p". Da der
Vorgang ohne nennenswerte Störung des Entnahmedrucks vor sich geht, bleibt der andere
Primärdruck p, konstant. Infolge der Änderung von p" gehen beide Stufenkolben nach
oben, öffnen mittels der Steuerkanten Y die Kraftölzuflüsse zu den Räumen
V und W, wodurch die Sekundärdrücke pf und p;; erhöht werden. Dies
bewirkt einerseits eine Wiederherstellung des gestörten Gleichgewichts an den beiden
Stufenkolben und damit eine Rückführung derselben in ihre Ausgangsstellung, andererseits
ein Öffnen der Einlaß- und Überströmventile 6 und 7, wodurch die gewollte Leistungserhöhung
vollzogen wird. Im Falle einer Leistungsabnahme steigt die Drehzahl, fällt p", öffnen
die Steuerkanten Y,
fallen die Drücke pf und p. und schließen die Einlaß-und
Überströmventile 6 und 7.
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Bei einer Entnahmevergrößerung fällt zuerst der Entnahmedruck, und
es erhöht der Entnahmedruckregler ig den Druck p,. Infolgedessen geht der Kraftkolben
io nach ob°n und öffnet den Kraftölzufluß mittels der Steuerkante X ; der Kolben
ii geht nach unten und öffnet den Steuerölabfluß mittels der Steuerkante
Y. Der steigende Druck Pf öffnet die Einlaßventite 6, der fallende Druck
Pu schließt die Überströmventile 7. Beide Stufenkolben io, ii werden durch
die Änderungen der Sekundärdrücke Pf und p;; rückgeführt. Bei einer Entnahmeverkleinerung
verläuft der beschriebene Vorgang genau in umgekehrter Richtung. Verhalten in den
Grenzfällen Außer den oben besprochenen Regelbedingungen i und 2 müssen an eine
einwandfreie Entnahmesteuerung noch weitere Anforderungen gestellt werden. Diese
betreffen das Verhalten der Steuerung an den Grenzen des normalen Regulierbereichs.
Diese Grenzen sind erreicht, wenn eine der beiden Ventilgruppen ausgesteuert, d.
h. entweder ganz offen oder ganz geschlossen ist. Die von der Steuerung verlangte
Doppelaufgabe, die Einhaltung einer bestimmten Leistung und die Einhaltung einer
bestimmten Entnahmemenge, kann die Steuerung nur mit Hilfe zweier Ventilgruppen,
Einlaß- und Überströmventilen, lösen. Da aber in diesen Grenzfällen eine der beiden
Gruppen als Regelorgan ausscheidet, so können auch nicht mehr beide Bedingungen
gleichzeitig eingehalten werden, sondern entweder die eine oder die andere. Insgesamt
lassen sich vier solcher Grenzfälle unterscheiden. Ihnen sind auch die Abweichungen
an den Stufenkolben zwischen der Fig. 3 und der Fig. 2 zuzuschreiben, die oben erwähnt
wurden und die auf das Anbringen der vier Absteuerkanten A-D zurückzuführen sind.
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Fall i. Die Einlaßventile sind ganz geöffnet: Werden im Verlaufe eines
Regelvorgangs die Einlaßventile 6 ganz geöffnet, so bedeutet das, daß von diesem
Augenblick an nicht mehr genügend Dampf in die Turbine gelangt, um sowohl den Leistungsbedarf
als auch die Entnahmemenge zu decken. Mit wenigen Ausnahmen verlangt die Praxis
in solchen Fällen ein Einhalten der Leistung auf Kosten der Entnahme. Um bei dieser
Steuerung ein solches Verhalten zu erreichen, waren besondere Vorkehrungen-notwendig,
die einerseits in einer Abstimmung der Federn der Einlaßventile zum Ülpumpendruck
pp bestehen, andererseits im Anbringen der Absteuerkante B am Kolben io. Die Bestimmung
der Ventilfedern geschieht so, daß mit der maximalen Ventilöffnung zugleich auch
der maximale Steueröldruck erreicht wird. Dieser liegt knapp unter dem Pumpendruck
und wird durch diesen bestimmt. Die Folge davon ist, daß, sobald die Einlaßventile
ganz offen sind, der Druck pf nicht weiter steigen kann. Dies wäre aber zur Erhaltung
des Gleichgewichts am Kolben io erforderlich und hat weiter zur Folge, daß jedesmal,
wenn die Einlaßventile ganz offen sind, der Kolben io seine normale Lage verläßt
und sich nach oben verschiebt. Dabei wird durch die für diesen Fall vorgesehene
Absteuerkante B ein zweiter Olabfluß aus den Räumen S und T freigegeben,, nämlich
durch das Innere des Kolbens io, wodurch p, abgesenkt wird. Dies geschieht nun nur
soweit, als zur erneuten Herstellung des Gleichgewichts am Kolben io notwendig ist,
wobei p, um so weiter abgesenkt wird, je höher p" steigt, und umgekehrt. Der Kolben
io steuert jetzt nicht mehr den Druck pf, sondern den Druck pz, und zwar nach Maßgabe
von p". Eine Beeinflussung dieser Vorgänge von seiten des Entnahmedruckreglers i9
tritt nicht ein, da sich dieser mit dem Moment, wo die Absteuerkante B eingreift,
durch gänzliches Schließen seines Ölabflusses 2o von selbst ausschaltet. Dies geht
so vor sich, daß durch die Absenkung von p, die Überströmventile 7 mehr geöffnet
werden, als dies zur unveränderten Einhaltung der Entnahme nötig wäre, so daß der
Entnahmedruck fällt, und zwar um weit mehr, als der Ungleichförmigkeit des Entnahmedruckreglers
i9 entspricht. Dadurch wird der Entnahmedruckregler zum vollständigen Schließen
seines Ölabflusses veranlaßt, womit er sich gleichzeitig auch ausschaltet. Damit
bleibt nur noch der Geschwindigkeitsregler i zur Steuerung der Turbine. Dieser steuert
nach wie vor den Druck p". Da aber dieser jetzt mit Hilfe des Kolbens io über die
Absteuerkante B den Druck p, steuert, bestimmt der Geschwindigkeitsregler beide
Drücke, die für die Öffnung der Überströmventile 7 maßgebend sind. Die letzteren
stehen jetzt also nur noch unter dem Einfluß des Geschwindigkeitsreglers i und werden
ausschließlich durch diesen gesteuert. Selbstverständlich geschieht 'dies im Sinne
der Einhaltung der Leistung, wogegen die Entnahme fallen gelassen wird. Während
dieses Zustands bleibt pf auf seinem Maximalwert, und es bleiben die Einlaßventile
6 geöffnet stehen. Diese greifen erst wieder in den Regelvorgang ein, wenn infolge
abnehmender Leistung oder abnehmender Entnahme der Entnahmedruck wieder auf seinen
normalen Wert ansteigt und der Druckregler i9 selbst einen Anstieg von p, verhindert,
indem er seinen Olabfluß 2o wieder öffnet. Sobald dies geschieht, fängt auch die
Kante B ihren
ölabfluß mehr und mehr zu drosseln an, wodurch schließlich
die Steuerung von p, wieder an den Druckregler i9 übergeht und der normale Zustand
wieder hergestellt wird.
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Fall 2. Die Einlaßventile sind geschlossen: Dieser Fall ist im Sinne
obiger Ausführungen nur dann von Bedeutung, wenn an der Entnahmestelle nicht nur
Dampf entnommen, sondern auch zugesetzt werden kann, d. h. wenn es sich z. B. um
eine Entnahme-Zweidruckturbine handelt. Die Steuerung einer solchen Turbine wird
weiter unten besonders behandelt werden, so daß an dieser Stelle nicht weiter darauf
eingegangen zu werden braucht. Es sei nur erwähnt, daß die Absteuerkante D für diesen
Fall vorgesehen ist, damit der hier beschriebene Druckwandler mit geringfügigen
Änderungen auch für die Entnahme-Zweidrucksteuerung verwendet werden kann.
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Fall 3. Die Überströmventile sind ganz geöffnet: Die Überströmventile
7 öffnen bei zunehmender Leistung oder abnehmender Entnahme. Kommen sie im Verlaufe
eines solchen Regelvorgangs in ihre Endlage, so kann der Entnahmedruck nicht mehr
auf seinem vorgeschriebenen Wert gehalten werden und steigt darüber hinaus. Da dies
nicht immer zulässig ist, mußte eine Maßnahme getroffen werden, um den Entnahmedruck
nach oben zu begrenzen, was auf folgende Art vor sich geht: Wie bei den Einlaßventilen,
so werden auch bei den Überströmventilen die Federn so gewählt, daß der maximale
Steueröldruck 'und die maximale Ventilöffnung gleichzeitig erreicht werden. Die
Unmöglichkeit eines weiteren Druckanstiegs über diesen Maximalwert hinaus bewirkt,
daß der Kolben ii durch den steigenden Druck p" oder den fallenden Druck p, aus
seiner normalen Lage heraus nach oben geschoben wird, wobei dieser mit der Absteuerkante
C einen zweiten Olabfluß aus den Räumen R frei gibt. Der Primärdruck p" wird dadurch
an einem weiteren Anstieg gehindert, so daß auch die Einlaßventile nicht weiter
öffnen können. Die verlangte Leistung kann dann natürlich nicht eingehalten werden,
so daß die Drehzahl fällt und der Geschwindigkeitsregler seinen Ölabfluß bei 4 gänzlich
schließt. Die Öffnung des Abflusses bei C geht nun aber nur soweit, bis die Drücke
p, und p" am Kolben ii miteinander ins Gleichgewicht kommen, was darauf hinausläuft,
daß p" durch gesteuert wird. Auf diese Vorgänge hat der Druck pü keinen Einfluß,
da er dabei unverändert auf seinem Maximum stehen bleibt. Man hat also auch hier
wieder den Fall, daß der eine Regler ausgeschaltet und die Turbine durch den anderen
allein weitergesteuert wird. In diesem Falle wird der Geschwindigkeitsregler i ausgeschaltet,
der Entnahmedruckregler i9 steuert die Turbine auf Einhaltung der Entnahme und läßt
dabei die Leistung abfallen. In Fällen, wo zugunsten der Leistungsausnützung der
Turbine auf die Begrenzung des Entnahmedrucks verzichtet wird, kann der Olabfluß
über die Absteuerkante C durch Umstellen des Hahns 14 mittels des Handgriffs 16
ausgeschaltet werden. Diese Stellung des Hahns 14 zeigt Fig. 4.
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Fall 4. Die Überströmventile sind geschlossen: Werden bei einem Regelvorgang
infolge zunehmender Entnahme oder abnehmender Leistung die Überströmventile 7 geschlossen,
so wird entweder die verlangte Entnahme nicht gehalten oder der Leistungsbedarf
überschritten. Das eine hat eine Entnahmedruckabsenkung, das andere eine Drehzahlerhöhung
zur Folge. Der Druck p, wird daher steigen und die Einlaßventile zu öffnen, p" dagegen
fallen und die Einlaßventile zu schließen versuchen. Daraus kann sich folgender
Zustand ergeben: Ist der Druck p" zufällig ziemlich klein, so wird er die durch
p, angestrebte Öffnung der Einlaßventile nicht verhindern können, da er nicht genügend
abnehmen kann, so daß diese unter dem alleinigen Einfluß des Entnahmedruckreglers
öffnen, um die verlangte Entnahme einzuhalten. Dies hätte aber unvermeidlich eine
Überschreitung des Leistungsbedarfs und ein Hochgehen der Drehzahl zur Folge, so
daß die Turbine durch den Sicherheitsregler abgestellt würde. Da dies natürlich
nicht vorkommen darf, erhält der Kolben ii eine weitere Absteuerkante A, durch die
verhindert wird, daß der Druck p, weiter steigt, wenn die Überströmventile geschlossen
sind. Da eine wesentliche Absenkung des Drucks pü von dem Moment an, wo die Überströmventile
schließen, nicht möglich ist, wird das Gleichgewicht am Kolben ii nicht weiter bestehen
können und dieser aus einer normalen Lage heraus nach unten gehen. Durch diese Verschiebung
wird an der Absteuerkante A ein zweiter Abfluß aus den Räumen S und T freigegeben
und der Druck p, an einem weiteren Ansteigen gehindert. Die Einlaßventile können
daher nicht so weit öffnen, wie das mit Rücksicht auf die Entnahme nötig wäre, so
daß der Entnahmedruck fällt und der Entnahmedruckregler i9 seinen Olabfluß 2o gänzlich
schließt. Der Druck p, wird dann ausschließlich durch die Absteuerkante A in Abhängigkeit
von p" gesteuert, so daß die Einlaßventile 6 nur noch unter dem Einfluß des Geschwindigkeitsreglers
i stehen. Die Turbine wird damit nur noch dem Leistungsbedarf entsprechend und ohne
Rücksicht auf den zu geringen Entnahmedruck geregelt. Umstellung von Entnahme- auf
Kondensationsbetrieb Wird während einer längeren Betriebsdauer der Turbine kein
Dampf entnommen, so ist es wirtschaftlicher, den Entnahmedruck nicht weiter einzuhalten
und die Überströmventile 7 gänzlich zu öffnen. Dies geschieht bei dieser Steuerung
durch Umlegen des Handgriffs 15 am Druckwandler. Mit diesem Griff wird der gemeinsame
Reiber der Hähne 12 und 13 betätigt. Mit dem Hahn 12 wird der Entnahmedruckregler
i9 von den Räumen S und T abgeschaltet und gleichzeitig ein Abfluß über die Blende
18 freigegeben (i7 ist eine Zulaufblende zum Regler i9). Mit dem Hahn 13 werden
die Überströmventile 7 vom Raum W abgeschaltet und statt dessen mit dem unter Pumpendruck
pp stehenden Raum U verbunden. Um sicher zu sein, daß der Turbine tatsächlich
kein Dampf entnommen wird, was beim Umschalten zu Belastungsstößen führen würde,
wird vorher zweckmäßig das Rückschlagventil 21 von Hand geschlossen. Da durch das
Umstellen des Hahns 12 in den Räumen S und T keine Druckänderung eintreten darf,
wird das Öl vom Hahn 12 nicht einfach in den Ablauf 35 abgelassen, sondern durch
die Blende 18 noch auf einen gewissen Druck angestaut, der identisch ist mit demjenigen,
den der Entnahmedruckregler i9 für die Entnahmemenge Null
einstellt,
und der auch unmittelbar vor dem Umstellen in den Räumen S und T geherrscht hat.
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Anwendung bei Entnahme-Zweidrucksteuerungen Die Regelvorgänge sind
bei der Entnahme-Zweidrucksteuerung grundsätzlich dieselben wie bei der vorgehend
beschriebenen Entnahmesteuerung, und zwar nicht nur im Entnahmebetrieb, was ja selbstverständlich
ist, sondern auch im Zusatzbetrieb. Die Aufgabe dieser Steuerung ist gegenüber der
Entnahmesteuerung einfach erweitert durch die zusätzliche Bedingung, daß der Entnahmedruck
auch dann einzuhalten ist, wenn, anstatt der Turbine Dampf zu entnehmen, solcher
an der Entnahmestelle zugeführt wird. Diese Bedingung schließt in sich, daß stets
aller anfallende Niederdruckdampf verarbeitet und nur soviel Frischdampf zugesetzt
wird, als zur Erzeugung der verlangten Leistung erforderlich ist. Hierin liegt aber
gegenüber der Aufgabe der Entnahmesteuerung nichts wesentlich Neues, so daß es möglich
ist, für diese Steuerung den Druckwandler der Entnahmesteuerung zu verwenden. Die
Anpassung an den erweiterten Zweck ist durch den Einbau zweier Federn 37 und 38
(Fig. 5) ohne weiteres möglich. Allerdings darf dies nicht so verstanden werden,
daß nach dem Einbau dieser Federn eine Entnahmeturbine einfach als Entnahme-Zweidruckturbine
betrieben werden könnte. Eine solche Erweiterung des Arbeitsbereichs der Steuerung
setzt, wie wir sehen werden, auch eine Neubemessung der Stufenkolben voraus und
kann daher nicht ohne Auswechslung dieser Teile vorgenommen werden.
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In der Beschreibung der Entnahmesteuerung wurde gezeigt, daß zwischen
Entnahmemenge und Primärdruck p, eine bestimmte Zuordnung besteht. Diese kann im
Sinne der Fig. 6 mit Entnahmemenge E als Abszisse und Primärdruck p, als Ordinate
durch eine Gerade angenähert dargestellt werden. Der der Entnahme Null entsprechende
Druck p: wird durch die Minimalwerte der übrigen Drücke an den Stufenkolben aufgenommen,
so daß als wirksamer Teil p, nur die schraffierte Fläche übrigbleibt. Bei einer
Entnahme-Zweidrucksteuerung ergibt sich nun die Notwendigkeit, die Änderung des
Drucks p, auch auf den Zusatzbereich auszudehnen, was aber nur nach Fig. 7 mÖglich
ist (Zusatzmenge Z). Eine Verlängerung des Verlaufs nach Fig. 6 nach links würde
negative Drücke in der Steuerflüssigkeit bedingen und kommt deshalb nicht in Frage.
Für Entnahme-Zweidrucksteuerungen muß somit p * größer gewählt werden. Die durch
den erhöhten Druck auf die Stufenkolben ausgeübte Belastung ist daher erheblich
größer als bei der reinen Entnahmesteuerung und muß durch Federn aufgenommen werden.
Diese Federn 37 und 38 haben nicht zu regeln, sondern einfach mit praktisch konstanter
Kraft auf die Stufenkolben io, ii zu drücken, und zwar am Kolben io nach unten und
am Kolben ii nach oben. Als resultierender Einfluß des Drucks p, und der Federn
ergeben sich Kräfte, die einem Druckverlauf nach Fig. 8 entsprechen. Wie man sieht,
ist dabei die auf den Entnahmebereich entfallende Änderung von p, kleiner als bei
der reinen Entnahmesteuerung, was durch entsprechende Vergrößerung der Stufenkolbenflächen
ausgeglichen werden muß. Damit sind die Verhältnisse für den Druckwandler dieselben
geworden wie für die reine Entnahmesteuerung, und im Entnahmebereich spielen sich
denn auch die Regelvorgänge genau so ab wie bei dieser. Der Übergang von Entnahme-
auf den Zusatzbetrieb oder umgekehrt geht vollkommen stetig vor sich. Mit abnehmender
Entnahme schließt der Druckwandler g die Einlaßventile 6 und öffnet die Überströmventile
7. Im Augenblick, wo die Entnahme zu Null wird, sind die Einlaß- und Überströmventile
so weit offen, daß sie die gleiche Dampfmenge durchlassen. Wird nun beim Zweidruckbetrieb
an der Entnahmestelle noch Niederdruckdampf zugesetzt, so schließen die Einlaßventile
und öffnen die Überströmventile weiter. Durch die Einlaßventile strömt dann weniger
Dampf als durch die Überströmventile. Im Zweidruckbereich spielt sich ein Regelvorgang,
z. B. eine Erhöhung derZusatzdampfmenge, folgendermaßen ab. Er beginnt mit einer
Erhöhung des Dampfdrucks vor den Überströmventilen, was den Entnahmedruckregler
ig veranlaßt, den Druck @@ im Raume T abzusenken. Hierauf geht der Kolben io nach
unten und schließt die Einlaßventile, der Kolben ii nach oben und öffnet die Überströmventile.
Da diese Ventilbewegungen wie bei einer Entnahmeänderung im richtigen Verhältnis
zueinander stehen, ändert sich dabei die Gesamtbelastung nicht, so daß auch p" konstant
bleibt und die Regelvorgänge im Druckwandler überhaupt nicht beeinflußt. Grenzfälle
Die in der Beschreibung der Entnahmesteuerung behandelten Grenzfälle treten selbstverständlich
auch bei dieser Steuerung auf. Mit Ausnahme von Grenzfall 2 ist das Verhalten der
Steuerung in allen Fällen dasselbe wie liei der Entnahmesteuerung. Grenzfall 2 ist
durch geschlossene Einlaßventile gekennzeichnet. Er tritt nur bei der Entnahme-Zweidrucksteuerung
ein, und zwar dann, wenn die Zusatzdampfmenge für den augenblicklichen Leistungsbedarf
allein genügt. Die Einlaßventile sind dann geschlossen, und die Überströmventile
regeln die Drehzahl allein. Damit diese aber unter dem Einfluß des Entnahmedruckreglers
i g nicht zuviel Dampf einlassen und dadurch die Turbine zum Durchbrennen bringen,
müssen sie für die Dauer dieses Betriebszustands dessen Einfluß entzogen werden.
Dies geschieht durch die eigens für diesen Zweck an der Durchflußstelle von T nach
S am Kolben io vorgesehene Absteuerkante D. Mit dem vollständigen Schließen der
Einlaßventile erreicht auch der Druck im Raume V sein Minimum, so daß sich der Kolben
io bei einer weiteren Abnahme von p, nicht mehr in seiner normalen Gleichgewichtslage
halten kann und durch die Feder 37 nach unten geschoben wird. Dadurch kommt die
Absteuerkante D so weit nach unten, daß sie den Durchfluß von T nach S drosselt
und damit bewirkt, daß der Druck bei T nur so weit fällt, als für die Aufrechterhaltung
des Gleichgewichts in dieser neuen Lage nötig ist. Die Höhe dieses Drucks hängt
allein von p" ab, was bedeutet, daB p" mit dem Kolben io den Druck
bei T steuert. Sowohl dieser Druck als auch p" selbst wirken auf den Kolben ii und
steuern mit diesem den Druck p;,. Damit ist die Regelung der Überströmventile ganz
an den Geschwindigkeitsregier
übergegangen, der nun unabhängig
von der anfallenden Zusatzdampfmenge gerade soviel Dampf einläßt, als zur Erzeugung
der verlangten Leistung nötig ist. Der dadurch bewirkte Druckanstieg vor den Überströmventilen
veranlaßt den Entnahmedruckregler i9, seinen Olabfluß gänzlich zu öffnen, womit
er sich selbst ausschaltet.
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Das Umschalten auf reinen Kondensationsbetrieb geschieht auch bei
dieser Steuerung wieder mit dem Handgriff 15. Da das Ventil 21 aber nicht wie bei
der Entnahmesteuerung ein Rückschlagventil ist, sondern ein entlastetes Ventil,
geht dieses beim Umstellen auf Kondensationsbetrieb nicht selbsttätig zu, sondern
muß von Hand geschlossen werden.
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Das hier beschriebene Prinzip der Steuerung von Regelorganen durch
Stufenkolben läßt sich auch bei verwickelteren Turbinenregelungen anwenden, wie
Mehrfach-Entnahme- oder Mehrdruckregelungen und allen Kombinationen aus diesen beiden.
Bei allen diesen Regelungsarten besteht die Aufgabe der Regelung im Einhalten bestimmter
Größen, wie Drehzahl, Entnahmedruck, Zusatzdruck (bei Zwei- oder Mehrdruckturbinen).
Wir nennen diese Größen nachstehend zweite Variable. Jeder von ihnen entspricht
eine erste Variable, die alle unabhängig voneinander veränderlich sind, wie Leistung,
Entnahmemenge, Zusatzmenge. Jede zweite Variable wird durch einen Regler gemessen,
Geschwindigkeitsregler, Entnahmedruckregler, Zusatzdruckregler. Es sind also ebenso
viele Regler wie zweite Variable, aber auch ebenso viele Regelventilgruppen, z.
B. Einlaß-, Überström- oder Zusatzventile, vorhanden. Jede Ventilgruppe wird durch
einen eigenen Stufenkolben gesteuert. Diese sind in einem gemeinsamen Gehäuse eingebaut
und bilden den sog. Druckwandler.