DE976520C - Regeleinrichtung fuer eine mit Zwischenueberhitzung arbeitende Dampfturbine - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBENAM 12. DEZEMBER 1963

S 2224p Ia/^I4^C

Die Erfindung bezieht sich auf Turbinen mit Zwischenüberhitzung. Um bei derartigen Maschinen bei plötzlicher Entlastung ein Durchgehen nach dem Absperren der Frischdampfzufuhr infolge der aus dem Zwischenüberhitzer dem Niederdruckteil zuströmenden Dampfmenge zu vermeiden, hat man bekanntlich in dem Leitungszug zwischen Zwischenüberhitzer und den nachgeschalteten Turbinenteilen sogenannte Abfangventile vorgesehen. Diese werden geschwindigkeitsabhängig so gesteuert, daß auch bei vollkommener Entlastung der Maschine durch Absperrung des aus dem Zwischenüberhitzer austretenden gespeicherten Dampfes unterhalb der Schnellschlußdrehzahl vor dem Ansprechen des Sicherheitsreglers abgefangen werden kann.

Es ist bekannt, in derartigen Turbinenanlagen die Abfangventile durch einen zusätzlichen zweiten Regler zu steuern, der eine von der des Hauptreglers abweichende Statik aufweist, beispielsweise derart, daß der Zusatzregler beim Anstieg der Drehzahl bei etwa I02*/o der Leerlaufdrehzahl das Abfangventil allmählich zu schließen beginnt und bei 105⁰Zo der Leerlauf drehzahl vollkommen absperrt. Für diese Anordnung ist demnach charakteristisch, daß für das Abfangventil ein vollkomme-

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nes zweites Reglersystem mit eigner Impulsgabe erforderlich ist. Ein solches System hat neben dem erheblichen regeltechnischen Aufwand den Nachteil, daß praktisch bei Entlastung bzw. Abschaltung der Turbine eine beträchtliche Überdrehzahl (beispielsweise von 5^fl/o der Leerlaufdrehzahl) eintritt, unabhängig von der Höhe der vorherigen Leistung. Es wurde ferner für Dampfturbinen mit Zwischenüberhitzung der nicht zum Stand der Technik ίο gehörende Vorschlag gemacht, den Drehzahlregler der Maschine zur Betätigung einer Regeleinrichtung für den dem Zwischenüberhitzer nachgeschalteten Turbinenteil zu verwenden, wobei durch diese Regeleinrichtung nur die zu Leerlauf und Kleinlast »5 gehörigen Regelventile in konstantem Verhältnis ihres Öffnungsquerschnittes zu demjenigen der zugehörigen Frischdampfventile betätigt, die übrigen Regelventile dagegen entweder ganz geöffnet oder ganz geschlossen werden. Da sich bei einer derartigen Anordnung wegen des Erfordernisses der Ausführung des hinter dem Zwischenüberhitzer liegenden Turbinenteiles mit einem Regelrad mit Düsengruppensteuerung ein erheblicher Aufwand sowie beträchtliche Komplikationen in der Ausbilas dung der Maschine ergeben, kann auch diese Anordnung wenig befriedigen.

Die Erfindung erstrebt auf einem anderen Wege eine Lösung des Problems der Steuerung des Abfangventils, um damit in einem eng begrenzten Bereich zwischen Leerlauf und Kleinlast die Drehzahl exakt beherrschen zu können, im übrigen aber bei den genannten Bereich übersteigender Leistung eine Drosselung des Dampfes bei voller Öffnung des Abfangventils zu vermeiden. Dabei soll eine wesentlich vereinfachte und geringeren Aufwand erfordernde Regeleinrichtung erzielt werden.

Die Erfindung geht von einer Regeleinrichtung für eine mit Zwischenüberhitzung arbeitende Dampfturbine aus, bei der vor den dem Zwischen-Überhitzer nachgeschalteten Turbinenstufen in der Dampfleitung ein Abfangventil angeordnet ist, das von dem Drehzahlregler der Turbine in der Weise betätigt wird, daß im Leerlauf- und Kleinlastbereich der Turbine der Ventilöffhungsquerschnitt für die Dampfzufuhr verhältnisgleich dem Frischdampfeinlaßorgan geöffnet bzw. geschlossen wird, dagegen bei einer über die Kleinlast hinausgehenden Last voll geöffnet ist. Gemäß der Erfindung wird das Abfangventil mittels eines Stellmotors betätigt, dessen Rückführung im Bereich seines dem Leerlauf und der Kleinlast der Turbine entsprechenden Hubes starr, dagegen in dem übrigen Hubbereich aufgehoben ist. Die Erfindung ermöglicht es, daß das Abfangventil zwischen Leerlauf und einer Kleinlast von nur wenigen Prozent der Leerlaufdrehzahl als statisches Ventil, im übrigen als astatisches Ventil in der Weise arbeitet, daß das Ventil nach Durchlaufen des statischen Bereiches in seine volle Öffnungsstellung übergeht. Die Erfindung kann vorzugsweise verwirklicht werden, indem die Verbindung des zugleich als Rückführhebel für den zugehörigen Steuerschieber wirkenden Regelhebels des Stellmotors mit der das Abfangventil betätigenden Kraftkolbenstange lösbar, und zwar als offene Zugkraftverbindung ausgebildet ist, die beim Übergang von dem dem Leerlauf und der Kleinlast der Turbine entsprechenden Hube des Kraftkolbens auf den übrigen Hubbereich selbsttätig gelöst wird. In dem dem Leerlauf und der Kleinlast der Turbine entsprechenden Hubbereich liegt dabei der Regelhebel (Rückführhebel) durch eine Feder gegen einen Vorsprung der Kraftkolbenstange, im übrigen Hubbereich aber gegen einen festen Anschlag an.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert.werden.

Fig. ι der Zeichnung veranschaulicht schematisch eine Turbinenanlage mit Abfangventil;

Fig. 2 gibt als Beispiel im Prinzip eine erfindungsgemäß ausgebildete Regeleinrichtung wieder; Fig. 2 a und 2 b zeigen verschiedene Stellungen der Regeleinrichtung;

Fig. 3 schließlich veranschaulicht die Ventilhubcharakteristik für das Abfangventil im Vergleich zu der des Frischdampfregelventil.

In dem Schaltschema der Fig. 1 bedeutet A den Kessel, B den Überhitzer sowie C₁ D, B die Teile einer Kondensationsturbine, die zum Antrieb eines Generators F dient. Zwischen dem Hochdruckteil C und dem Mitteldruckteil D ist ein Zwischenüberhitzer P eingeschaltet. / ist ein Schnellschlußventil und K das Frischdampfregelventil, das dem Geschwindigkeitsregler M unterstellt ist. N ist noch der Sicherheitsregler, der über die Schnellschlußvorrichtung 0 das Schnellschlußventil / abschalten kann. In der Überströmleitung zwischen dem Zwischenüberhitzer P und dem Mitteldruckteil D der Turbine liegt ein Abfangventil L. Wie durch gestrichelte Linien angedeutet ist, soll dieses Abfangventil unmittelbar dem Geschwindigkeitsregler M unterstellt sein.

Fig. 2 der Zeichnung veranschaulicht näher die Ausbildung der Regeleinrichtung sowie die Steuerung des Frischdampfregelventils K bzw. Abfang- ¹⁰S ventils L durch ein und dieselben von dem Geschwindigkeitsregler M abgeleiteten Regelimpulse. Die Regelmuffe des Geschwindigkeitsreglers M treibt bei dem Ausführungsbeispiel über einen gemeinsamen Reglerhebel 10 und den Verbindungshebel ι ο α die Regelhebel 3 und 30 eines Reglergestänges an, die auch als Rückführungshebel wirken. An dem Regelhebel 3 ist ein Steuerschieber 7 und an dem Regelhebel 30 ein Steuerschieber 70 angelenkt. Die Steuerschieber 7 bzw. 70 ermögliehen, die Druckmittelzufuhr zu den Stellmotoren 2 bzw. 20 zu steuern. Durch den Stellmotor 20 wird das Frischdampf regelventil K und durch den Stellmotor 2 das Abfangventil L betätigt. Die verlängerte Kraftkolbenstange des Stellmotors 20 ist gelenkig mit dem freien Ende des Regelhebels 30 verbunden. Der zur Steuerung des Steuerschiebers 7 für den Stellmotor 2 dienende Regelhebel 3 ist mit der verlängerten Kraftkolbenstange ι des Stellmotors 2 nicht starr verbunden, las vielmehr ist an dem Ende der Kraftkolbenstange 1

des Stellmotors ein Vorsprung 4 vorgesehen, in den sich das durch eine Feder 5 im Linksdrehsinn verschwenkte freie Ende des Regelhebels 3 bei einer bestimmten Lage der Kraftkolbenstange 1 des Stellmotors 2 anlegt. Dies ist der Fall, wenn sich der Kraftkolben des Stellmotors in einer Leerlauf bis Kleinlast entsprechenden Stellung befindet. Dem System ist sodann im Bereich des Vorsprunges 4 ein fester Anschlag 6 zugeordnet, an den sich der Regelhebel 3 nach einem gewissen Reglerausschlag oberhalb einer Grenzleistung anlegt. Mit 12 ist noch ein Einstellantrieb bezeichnet, der zum Zweck der Geschwindigkeitseinstellung die Lage des Gelenkpunktes 14 für den Reglerhebel 10 verändern kann.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Regeleinrichtung beruht nun darauf, daß durch den Regler M beispielsweise für den Fall zunehmender Belastung und sinkender Drehzahl der Reglerhebel 10 ao im Rechtsdrehsinn um den Gelenkpunkt 14 verschwenkt wird. Von dem Reglerhebel 10 werden nun über den Verbindungshebel ioa die an letzterem angelenkten Regelhebel 3 und 30 verschwenkt. Gelenkpunkt für den Regelhebel 30 ist hierbei die «5 Verbindung des Hebels 30 mit der Kraftkolbenstange des Stellmotors 20, für den Regelhebel 3 der Vorsprung 4, an den der Regelhebel 3 durch die Feder 5 angedrückt wird. Durch die Verschwenkung des Regelhebels 30 im Rechtsdrehsinn, des Regelhebeis 3 im Linksdrehsinn werden nun die Steuerschieber 70 und 7 verstellt. Ein über die Leitung 13 zuströmendes Druckmittel wird nun auf der unteren Seite der Kraftkolben in die Stellmotorzylinder 20 und 2 eingeführt. Die Kraftkolben bewegen sich nach oben, wodurch die Ventile K und L geöffnet und gleichzeitig die Rückführung der Regelhebel 30 und 3 bewirkt wird, was die Unterbrechung der Druckmittelzufuhr zu den Steuerschiebern 70 und 7 zur Folge hat. Infolge der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich nun, daß nach einer bestimmten Öffnung des Abfangventils L, und zwar entsprechend einer zu-, geordneten verhältnismäßig kleinen Last, sich der Regelhebel 3 an den festen Anschlag 6 anlegt. Dies hat zur Folge, daß die Kupplung zwischen dem Regelhebel 3 und der Kraftkolbenstange 1 des Stellmotors 2 aufgehoben wird. Die Rückführung des Steuerschiebers 7 ist infolgedessen aufgehoben, und der Stellmotor 2 läuft in seine Endstellung entsprechend einer vollen Öffnung des Abfangventils L.

In den Fig. 2 a und 2 b ist diese Wirkungsweise näher veranschaulicht. Fig. 2 a gibt Reglergestänge und Stellmotor 2 in einer Lage wieder, in der in dem Bereich zwischen Leerlauf und kleiner Last das freie Ende des Regelhebels 3 durch die Feder 5 an dem Vorsprung 4 der Kraftkolbenstange 1 des Stellmotors 2 gehalten wird und der Vorsprung 4 den Gelenkpunkt für das freie Ende des Regelhebeis 3 bildet. Fig. 2 b gibt Reglergestänge und Stellmotor in einer anderen Lage wieder. Das freie Ende des Reglerhebels 3 liegt an dem Festanschlag an. Der Stellmotor 2 ist in eine Grenzstellung entsprechend der vollen Öffnung des Abfangventils L gelaufen.

Fig. 3 zeigt die Ventilhubcharakteristik, und zwar in ihrem linken Teil diejenige des Frischdampfventils K, im rechten Teil die des Abfangventils L. In dem Schaubild ist der Reglermuffenhub (Ordinate) in Abhängigkeit von dem Ventilhub (Abszisse) aufgetragen.

Bei α ist das Frischdampfventil K ganz offen, bei b in Leerlaufstellung, bei c ganz geschlossen. Das Abfangventil L ist zwischen Punkt d und Punkt e ganz offen, von e an beginnt es zu schließen; bei / ist es in Leerlauf stellung, nämlich etwa halb offen; bei g ist es ganz geschlossen. Im ganzen von e bis zum Punkt h, also bis Vollast sich erstreckenden Bereich des Reglermuffenhubes und in dem überwiegenden Teil des Leistungsbereiches, ist das Abfangventil L ganz offen.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Regeleinrichtung für eine mit Zwischenüberhitzung arbeitende Dampfturbine, bei der vor den dem Zwischenüberhitzer nachgeschalteten Turbinenstufen in der Dampfleitung ein Abfangventil angeordnet ist, daß von dem Drehzahlregler der Turbine in d;er Weise betätigt wird, daß im Leerlauf- und Kleinlastbereich der Turbine der Ventilöffnungsquerschnitt für die Dampfzufuhr verhältnisgleich dem Frischdampfeinlaßorgan geöffnet bzw. geschlossen wird, dagegen bei einer über die Kleinlast hinausgehenden Last voll geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfangventil (L) mittels eines Stellmotors (2) betätigt wird, dessen Rückführung im Bereich seines dem Leerlauf und der Kleinlast der Turbine entsprechenden Hubes starr, dagegen in dem übrigen Hubbereich aufgehoben ist,
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des zugleich als Rückführhebel für den zugehörigen Steuerschieber (7) wirkenden Regejhebels (3) des Stellmotors mit der das Abfangventil (L) betätigenden Kraftkolbenstange (1) lösbar, und zwar eine offene Zugkraftverbindung ist, die beim Übergang von dem dem Leerlauf und der Kleinlast der Turbine entsprechenden Hube des Kraftkolbens auf den übrigen Hubbereich selbsttätig gelöst wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelhebel (3) durch eine Feder (5) in dem dem Leerlauf und der Kleinlast der Turbine entsprechenden Hubbereich gegen einen Vorsprung (4) der Kraftkolbenstange (1), im übrigen Hubbereich aber gegen iao einen festen Anschlag (6) anliegt.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 474210; »Transactions of the American Society of Mecha-