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Dampfturbinen-Sicherung, die bei unzulässigen, infolge Versalzung
oder Verschmutzung der Turbine auftretenden Änderungen der Stufendrücke die Dampfzufuhr
zur Turbine beeinflußt Die Erfindung betrifft eine Dampfturbinen-Sicherung, die
in bekannter Weise bei unzulässigen Änderungen der Stufendrücke die Dampfzufuhr
zur Turbine beeinflüßt. Diese Beeinflussung ist von einer Vorrichtung zur Sicherung
von Kammlagern her bekannt, die bei Verschmutzung oder Streifen der Schaufeln oder
bei Wasserschlägen gegen unzulässig großen Schub geschützt werden soll.
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Es sind auch Einrichtungen zur Sicherung und überwachung von Dampfturbinen
bei Versalzung bekannt, bei denen die Druckverteilung in einer mehrstufigenTurbine
durch eineReihe aufeinanderfolgender Drosseleinrichtungen in einem parallel zur
Turbine liegenden Nebenzweig nachgebildet wird. Anzeigegeräte oder Schalteinrichtungen
werden durch Druckunterschiede zwischen Turbine und Nebenzweig, die bei Versalzung
entstehen, betätigt und gestatten einen Rückschluß auf den Grad der Versalzung oder
begrenzen die Dampfmenge der Turbine. Diese Einrichtungen arbeiten nur gut, solange
die Drosselquerschnitte im Nebenzweig
und die wirksamen Druckunterschiede
nicht durch Salzablagerungen verändert werden. Diese Salzablagerungen treten auf,
wenn der Dampfdruck absinkt.
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Weiterhin ist eine Einrichtung zur Überwachung des Betriebszustandes
von Dampf- oder Gasturbinen bekannt, bei der bei Versalzung oder Verschmutzung der
Turbine die Relativbewegung zwischen einem Mengenmesser, der den Dampfdurchsatz
der Turbine mißt, und einem Druckmesser, der ein Druckgefälle der Turbine mißt,
bei allen Betriebsbelastungen Abweichungen von einem vorbestimmten Verhältnis zwischen
Dampfdurchsatz und Stufendruck anzeigt. Diese Einrichtung ist also lediglich ein
Anzeigegerät. Die Dampfzufuhr zur Turbine wird durch diese Einrichtung nicht beeinflußt.
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Im Zusammenhang mit den anfangs erwähnten Salzablagerungen im Nebenzweig
sei festgestellt, daß Frischdampfmeßeinrichtungen erfahrungsgemäß nicht durch Salzablagerung
gestört werden. Nun aber kann gemäß einem bekannten Verfahren zur Bestimmung des
Versalzungsgrades ein Quotientenmeßgerät, das der Anzeige des Versalzungsgrades
auf Grund der bestehenden Beziehung zwischen dem Dampfdruck an der Verbraucherstelle
und der jeweiligen Dampfmenge dient, an bereits vorhandene Druck- und Mengenmesser
angeschlossen werden. Es sei erwähnt, daß bei Vorhandensein eines Mengenmessers
an der Turbine dieser im allgemeinen in der Frischdampfleitung zur Turbine angeordnet
ist. Ferner ist es bekannt, Dampfmengenmesser als Differenzdruckmesser, die vom
Druckgefälle einer Drossel betätigt werden, auszubilden.
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Die praktische Erfahrung hat gezeigt, daß sich Salz im Verlaufe der
Expansion in Turbinen selten gleichmäßig in allen Druckgebieten ablagert. Vielmehr
sind meist die vorderen Stufen fast ohne Salzbelag; in den mittleren Stufen wächst
der Salzbelag stark an, um nach dem Austrittsende hin wieder abzunehmen. Ort und
Stärke der Salzablagerungen hängen von der jeweiligen Beschaffenheit des Kesselwassers
ab und lassen sich nicht voraussagen. Daher liegt der vorliegenden Erfindung der
Gedanke zugrunde, die durch die Salzablagerungen entstehenden Verschiebungen der
Druckverteilung in der Turbine in verschiedenen Stufengruppen zu erfassen, denn
z. B. wirken sich Versalzungen in weiter rückwärts liegenden Stufen vielfach nur
in schwachem Maße auf die vorderen Stufen aus. Es kann also der Fall eintreten,
daß durch die starke Versalzung einer weiter rückwärts liegenden Stufengruppe die
Druckdifferenzen auf Leit- und Laufschaufeln, Düsendeckel usw. auf eine Größe ansteigen,
die ein übermäßiges Durchbiegen und Anstreifen dieser Teile oder eine Beschädigung
des Axialdrucklagers zur Folge hat, ohne daß der Druck in- weiter 'vorn liegenden
Stufen in gleich starkem Maße zunimmt.
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Nun ist zwar durch die anfangs erwähnte Vorrichtung zur Sicherung
von Kammlagern bekannt, die Regelung der Dampfzufuhr zur Turbine vom Druckgefälle
einer jeden von mehreren Stufengruppen der Turbine anzustoßen, aber diese Vorrichtung
ist nur zur Sicherung von Kammlagern bestimmt und regelt grob. Sie kann nur jeweils
zur Sicherung von zwei Stufengruppen einer Turbine verwendet werden, da sie ein
Differenzdruckmesser mit drei durch Membranen abgetrennten, mit dem Eintritt in
die erste, mit dem Austritt aus der ersten und mit dem Austritt aus der zweiten
Stufengruppe verbundenen Druckräumen ist. Als weiterer Nachteil ist zu verzeichnen,
daß die Regelung der Dampfzufuhr bei Teillastbetrieb auch bei sauberer Turbine angestoßen
wird, wenn die Stufendruckdifferenzen PI -P2 und P2 p3 (entsprechend den drei genannten
Anschlüssen) sich nicht linear mit dem durch. die Turbine strömenden Dampfgewicht
ändern. Dies ist z. B. der Fall, wenn es sich um Reaktionsstufengruppen handelt
oder wenn die eine Stufengruppe eine Reaktions-, die andere dagegen eine Aktionsgruppe
ist.
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Die Nachteile der bekannten Sicherungen werden nun durch die Dampfturbinen-Sicherung
gemäß der vorliegenden Erfindung beseitigt, die grundsätzlich für jede Turbinenart
(Gleichdruck- oder Überdruckturbine od. dgl.) verwendet werden kann. Es handelt
.sich um eine Dampfturbinen-Sicherung, die bei unzulässigen, infolge Versalzung
oder Verschmutzung der Turbine auftretenden Änderungen der Stufendrücke die Dampfzufuhr
zur Turbine beeinflußt, indem die Relativbewegung zwischen einem Mengenmesser, der
den Dampfdurchsatz der Turbine mißt und vom Druckgefälle einer Drossel in der Frischdampfleitung
zur Turbine betätigt wird, und einem Druckmesser, der ein Druckgefälle der Turbine
mißt, bei allen Belastungen Abweichungen von einem vorbestimmten Verhältnis zwischen
Dampfdurchsatz und Stufendruck anzeigt, und bei der nun in an sich bekannter Weise
das Druckgefälle einer jeden von mehreren Stufengruppen . der Turbine die Regelung
der Dampfzufuhr anstößt, bei der ferner jedes einzelne dieser Druckgefälle durch
je einen solchen Druckmesser gemessen wird, wobei jedem einzelnen Druckmesser oder
allen Druckmessern gemeinsam ein Mengenmesser zugeordnet ist, und bei der die Relativbewegung
zwischen Mengenmesser und Druckmesser die Dampfzufuhr selbsttätig so regelt, daß
in keiner Stufengruppe das zulässige Druckgefälle überschritten wird. Eine in dieser
Weise ausgeführte Sicherung wird allen Eventualitäten gerecht, speziell, wenn die
Turbine viele, z. B. drei, Stufengruppen enthält, in denen Salz- oder Schmutzablagerungen
ungleich erfolgen und; 'demgemäß z. B. in einer einzigen Stufengruppe das zulässige
Druckgefälle überschritten wird. Sie regelt dabei fein, genau und sicher und für
jede Turbinenart, da jedem einzelnen Druckmesser oder allen Druckmessern gemeinsam
ein Mengenmesser zugeordnet ist. Das zulässige Druckgefälle einer Stufengruppe richtet
sich nach dein zulässigen Durchbiegen der Leit- und Laufschaufeln und Düsendeckel
usw., nach dem eventuellen Anstreifen dieser Teile und dem höchstzulässigen Druck
auf
das Axialdrucklager, wobei für die Dimensionierung dieser Teile
Überlast- oder Vollastbetrieb zugrunde gelegt wird.
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Im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen sind bei der Einrichtung
gemäß der Erfindung die Anzeige- und Betätigungsvorrichtungen nicht davon abhängig,
daß in einem Abbild der Turbinenströmung die Druckverteilung der sauberen Turbine
herrscht. Da nur Leitungen benutzt werden, in denen keine Strömung stattfindet,
sondern nur Drücke übertragen werden, bleibt die Einrichtung arbeitsfähig, auch
wenn die Impulsleitungen teilweise durch Salz verstopft sind, solange nur eine kleine
Öffnung frei ist, durch die der Druck übertragen werden kann.
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An der Turbine werden Druckleitungen aus verschiedenen Stufen herausgeführt.
Die einzelnen Stufengruppen werden so gewählt, daß auch die durch Entnahme von Dampf
entstehenden Verschiebungen der Druckdifferenzen berücksichtigt werden. Die von
jeder Gruppe kommenden Druckleitungen werden zu je einem Differenzdruckmesser geführt.
Die Wirkdruckleitung(en) der Frischdampfdrossel wird bzw. werden zu einem Mengenmesser
bzw. zu den Mengenmessern geleitet. Die Sicherung kann so gestaltet sein, daß zwischen
dem (bzw. jedem) Mengenmesser und jedem (bzw. dem zugehörigen) Druckmesser eine
von dem (bzw. dem zugehörigen) Mengenmesser bewegte Kurvenscheibe eingeschaltet
ist von solcher Form, daß eine Relativbewegung zwischen dem (bzw. den) Mengenmesser(n)
und dem zugehörigen Druckmesser nur bei versalzter oder verschmutzter, nicht bei
sauberer Turbine eintritt. Die Kurvenscheibe berücksichtigt also die Gesetze der
Änderung des Frischdampf- und Stufendifferenzdrucks -bei sich ändernder Dampfdurchsatzmenge.
Durch die Kurvenscheibe wird z. B. ein Hebel oder eine Büchse einer öldrucksteuerung
in solcher Weise verschoben, daß die von dem Differenzdruck der betreffenden Turbinenstufengruppe
ausgesetztenDifferenzdruckmesser erzeugtenRegelbewegungen bei sauberer Turbine wieder
rückgängig gemacht werden. Die Turbinen-Differenzdruckmesser werden vorher dadurch
auf genaue Stellung bei sauberer Turbine eingestellt, daß die Spannung einer Feder
verändert wird.
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Sobald sich Salz auf Düsen und Schaufeln, der' Turbine ablagert, stimmen
die Druckdifferenzen des Turbinen-Differenzdruckmessers und die dadurch hervorgerufenen
Regelbewegungen nicht mehr mit den vom Mengenmesser erzeugten überein. Es entsteht
eine Relativbewegung der beiden Meßgeräte, wobei Anzeigevorrichtungen betätigt werden
oder auf die Frischdampfsteuerung eingewirkt und die Dampfdurchsatzmenge verändert
wird. Dabei sind die Betätigungsorgane, die auf die Frischdampfsteuerung einwirken,
so eingerichtet, daß die Druckdifferenz der Stufengruppe der Turbine bei Versalzung
bis zu dem zulässigen (entsprechend Voll- oder Überlast) Wert steigen kann, ohne
daß die Frischdampfsteuerung beeinflußt wird. Die Betätigungsorgane können gleichzeitig
so ausgebildet sein, daß die für Vollast oder Überlast zulässige Druckdifferenz
auch bei kleiner werdender Dampfmenge eingehalten werden kann und daß erst bei Erreichen
dieser Druckdifferenz die Dampfzufuhr beeinflußt wird.
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In den Fig. i und 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Sicherung gemäß
der Erfindung dargestellt. Fig. i zeigt das Schema einer Turbine mit einer Sicherung
gemäß der Erfindung. Hierbei ist i die Frischdampfleitung, 2 eine Drosselvorrichtung
in der Frischdampfleitung, 3 bis 6 sind verschiedene Stufengruppen der Turbine,
7 und 8 Entnahmestellen für ungeregelte Entnahme, 9 ist die Abdampfabführung, io
bis 13 sind Differenzdruckmesser für die Stufendrücke der Turbine mit den zugehörigen
Impulsleitungen 14 bis 18, i9 bis 22 sind Mengenmesser für Frischdampf mit ihren
Impulsleitungen 23 und 2q..
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Fig. 2 zeigt einen Differenzdruckmesser, den dazugehörigen Mengenmesser,
die betreffende hydraulische Steuervorrichtung und ein Anzeigegerät, ferner die
Wirkungsweise der Gesamteinrichtung. ioi und zog sind im Druckmesser io befindliche
Glieder mit Membranen 103 und 104, einer Verbindungsstange io5 und einer verstellbaren
Feder io6. Über den Hebel 107 wird ein Regelschieber io8 bewegt. igi und 192 sind
im Mengenmesser befindliche Glieder mit den Membranen 193 und 194 und einer Verbindungsstange
195. An der Verbindungsstange 195 ist eine Kurvenscheibe 196 befestigt. Sie verschiebt
über einen Hebel 198 eine Büchse i99. Die Form des Kurvenstückes 196 kann so gewählt
werden, daß die Büchse i99 in einem solchen Maß verschoben wird, daß auch bei kleiner
werdender Dampfdurchsatzmenge die in der betreffenden Turbinenstufe bei Voll- oder
Überlast zulässige Druckdifferenz ausgenutzt werden kann. Die Steuerkante des Regelschiebers
io8 gibt nun dem durch Leitung iog zufließenden Steueröl den Weg zum Gehäuse i io
und durch eine Leitung i i i zur Frischdampf-Steuerung der Turbine frei. Dort wird
durch dieses Steueröl eine Vorrichtung betätigt, die die Dampfdurchsatzmenge der
Turbine herabsetzt, und zwar so weit, bis durch den Steuerspalt des Regelschiebers
io8 kein Steueröl mehr austreten kann.
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An der Verbindungsstange 195 kann außer der Kurvenscheibe 196 noch
eine weitere Kurvenscheibe 197 befestigt werden, die über einen Winkelhebel Zoo
ein bekanntes Anzeigegerät 201 betätigt. Die Kurvenscheibe 197 ist so geformt, daß
die bei sauberer Turbine zu verschiedenen Dampfdurchsatzmengen gehörigen Druckunterschiede
der Turbine angezeigt werden. Auf einen weiteren Zeiger des Gerätes 201 wirkt die
Stellung des Regelschiebers io8 ein. Bei Versalzungen zeigt dieser Zeiger eine größere
Druckdifferenz an als der andere. Der Unterschied zwischen beiden ist ein Maß für
den Versalzungsgrad.
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Die vorstehend als Beispiel geschilderte Vorrichtung kann auch konstruktiv
anders ausgeführt werden. Zum Beispiel können die Kurvenscheiben 196 und 197 durch
Nocken auf einer drehbaren
Welle ersetzt werden. Dann sind nicht
mehr die vier Mengenmesser i9 bis 2,a, sondern nur noch ein einziger erforderlich.
Statt des Regelschiebers io8 kann auch ein Drosselstift angeordnet werden, der den
Öldruck im Regelsystem erniedrigt, wenn die Turbine zu stark versalzen ist, und
dadurch verhindert, daß die zulässige Dampfdurchsatzmenge überschritten wird.