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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- M 308910 KLASSE 14 c. GRUPPE- M 308910 CLASS 14 c. GROUP

HEINRICH WIRTH in MÜNCHEN.HEINRICH WIRTH in MUNICH.

Steuerung für Zweidruckturbine«. Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. Januar 1917 ab.Control for two-pressure turbine «. Patented in the German Empire on January 13, 1917.

In Hüttenwerken und Kohlenzechen kommt es häufig vor, daß bei Aufstellung von Zweidruckturbinen der Kraftbedarf größer ist als die Leistung, welche aus dem verfügbaren Abdampf allein erzeugt werden kann. In diesen Fällen ist die zu erstellende Dampfturbinenanlage für eine größere Dauerleistung zu bemessen als diejenige, welche mit dem vorhandenen Abdampf erzeugt werden kann.In smelting works and coal mines it often happens that when installing two-pressure turbines the power requirement is greater than the power that can be generated from the available exhaust steam alone. In In these cases, the steam turbine system to be created is for a greater continuous output to be measured as that which can be generated with the existing exhaust steam.

ίο Die Mehrleistung der Turbine gegenüber der mit Abdampf allein erzielbaren Leistung wird durch Zusetzen von Frischdampf erreicht.ίο The more power of the turbine compared to the The power that can be achieved with exhaust steam alone is achieved by adding live steam.

Da die Ausnutzung des verfügbaren Abdampfes mit möglichst hoher Wirtschaftlichkeit erfolgen soll, sind die Drosselverluste im Abdampf regelventil tunlichst zu beschränken; der Abdampfteil der Zweidruckturbine ist deshalb so zu bemessen, daß bei Zuströmung der größtmöglichen Abdampfmenge nur ein gerin-As the utilization of the available exhaust steam should take place with the highest possible economic efficiency, the throttle losses are in Limit exhaust steam control valve as much as possible; the exhaust part of the two-pressure turbine is therefore to be dimensioned in such a way that when the greatest possible amount of exhaust steam flows in, only a small

ao ger Druckabfall zwischen der Abdampfleitung bzw. dem Wärmespeicher einerseits und dem ersten Leitapparat des Abdampfteiles andererseits sich einstellt.ao ger pressure drop between the exhaust steam line or the heat accumulator on the one hand and the first diffuser of the exhaust part on the other hand adjusts itself.

Soll nun mit einer derartigen Zweidruckturbine der bekannten Bauarten, bei denen sich der Abdampf vor Eintritt in die Schaufelungsteile mit dem aus dem Frischdampf teil kommenden Dampf mischt, bei Zuströmen der ganzen verfügbaren Abdampfmenge eine Leistungserhöhung über die mit dem Abdampf allein erzielbare Leistung erreicht werden, so muß durch öffnen des Frischdämpfregelventils Frischdampf zugesetzt werden, welcher im Frischdampfteil arbeitsleistend auf den Druck des Abdampfes expandiert, und dessen weitere Expansion auf den Kondensatordruck gemeinschaftlich mit dem Abdampf im Abdampfteil erfolgen muß. Der Eintritt dieser zusätzlichen Dampfmenge in den Abdampfteil hat nun eine Vergrößerung der Dampfaufnahme des Abdampfteiles und daher eine Druckerhöhung vor dem ersten Leitapparat des Abdampfteiles der Zweidruckturbine zur Voraussetzung. Eine Druckerhöhung vor diesem Leitapparat würde bei diesem Betriebszustand einen größeren Druck, als in der Abdampfleitung herrscht, ergeben, was deshalb unzulässig ist, weil dadurch ein Überdruck entgegen der Strömungsrichtung des Abdampfes entsteht, dessen Zuströmung durch diesen Überdruck unterbrochen werden würde. Der Abdampf würde dadurch, statt in der Zweidruckturbine ausgenutzt zu werden, durch das Sicherheitsventil (in der Abdampf leitung bzw. auf dem Wärmespeicher) nutzlos ins Freie abströmen. Should now with such a two-pressure turbine of the known types, in which the exhaust steam before entering the blade parts with that from the live steam incoming steam mixes, with an influx of the entire available amount of exhaust steam an increase in output can be achieved via the power that can be achieved with the exhaust steam alone, see above fresh steam must be added by opening the main steam control valve, which in the The main steam part, performing work, expands to the pressure of the exhaust steam, and its further Expansion to the condenser pressure together with the exhaust steam in the exhaust section must be done. The entry of this additional amount of steam into the evaporation part has now an increase in the steam absorption of the evaporation part and therefore an increase in pressure in front of the first diffuser of the exhaust steam section of the two-pressure turbine is a prerequisite. In this operating state, a pressure increase in front of this diffuser would result in a greater pressure than in the exhaust line prevails, result, which is inadmissible because it creates an overpressure against it the direction of flow of the exhaust steam, the inflow of which would be interrupted by this overpressure. Of the Instead of being used in the two-pressure turbine, exhaust steam would be generated by the Safety valve (in the exhaust steam line or on the heat storage tank) uselessly drain into the open air.

Die bekanntgewordenen Zweidruckturbinen, bei denen der Abdampfteil gemeinschaftlich vom Abdampf und dem im Frischdampfteil auf die Abdampfspannung entspannten Dampf durchströmt wird, sind also für Betriebe der geschilderten Art nicht geeignet.The two-pressure turbines that have become known, in which the exhaust steam part is shared of the exhaust steam and the steam relaxed to the exhaust steam tension in the live steam section is flowed through, are therefore not suitable for operations of the type described.

Auch durch die Verwendung der bekanntgewordenen Einrichtungen zur Anpassung der niederen Stufen an die höheren auf die in Zweidruckturbinen der geschilderten Art vorliegenden besonderen Verhältnisse kann die Zweidruckturbine für diese Betriebsfälle nicht geeignet gemacht werden, da die Drucksteigerung im Abdampf teil bei ungünstigem Verhältnis zwischen der Frischdampf- und der Abdampfmenge auch in diesem Falle die Aus-Also through the use of the facilities that have become known to adapt the lower levels to the higher to those present in two-pressure turbines of the type described The two-pressure turbine cannot be made suitable for these operating cases because of the increase in pressure In the exhaust steam section, if the ratio between the live steam and the exhaust steam volume is unfavorable, the exhaust

nutzung der verfügbaren Abdampfmenge unmöglich macht. makes it impossible to use the available amount of evaporation.

Die Erfindung soll nun die wirtschaftliche Ausnutzung des Abdampfes auch bei solchen Zweidruckturbinen ermöglichen, deren höchste Dauerleistung wesentlich größer ist als die mit dem verfügbaren Abdampf allein erzielbare Leistung. Sie benutzt eine Einrichtung, deren Abdampfteil von der Frischdampf- undThe invention is now to the economic use of the exhaust steam also in such Enable dual-pressure turbines whose maximum continuous output is significantly greater than that output that can only be achieved with the available exhaust steam. She uses a facility whose evaporation part from the main steam and

ίο Abdampfmenge gemeinschaftlich durchströmt wird und mit mehreren Einlaßquerschnitten ausgestattet ist. Nach der Erfindung werden die Eintrittsquerschnitte mit Steuerorganen ausgerüstet, die den Dampf stets in eine Turbinenstufe oder auch einen Düsensatz leiten, vor dem ein kleinerer Druck herrscht als in der Abdampf leitung, während diejenigen Stufen bzw. Düsensätze, welche mit höherem Druck arbeiten, gleichzeitig von der Abdampfleitung abgesperrt werden.ίο The amount of exhaust steam flows through jointly and is equipped with several inlet cross-sections. According to the invention the inlet cross-sections are equipped with control elements that keep the steam in a turbine stage or direct a set of nozzles in front of which the pressure is lower than in the exhaust steam line, during those stages or sets of nozzles that work at higher pressure from the exhaust line at the same time be locked.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens, α stellt den Geschwindigkeitsregler, b den Druckregler dar, welche in bekannter Weise den Zutritt des Frischdampfes und des Abdampfes zur Zweidruckturbine c regeln. Das Frischdampfventil d wird bei Zunahme der Umdrehzahl gegen seinen Sitz bewegt, ebenso bei Zunahme des Abdampfdruckes. Der Abdampf kann sowohl durch das Ventil e in die Düsen f als auch durch das Ventil g in die Düsen h gelangen. Diese beiden Düsensätze können entweder auf dasselbe Laufrad oder, wie dargestellt, auf hintereinanderliegende Laufräder arbeiten.The drawing shows an embodiment of the inventive concept, α represents the speed regulator, b represents the pressure regulator, which regulate the access of the live steam and the exhaust steam to the two-pressure turbine c in a known manner. The main steam valve d is moved against its seat when the speed increases, as well as when the exhaust steam pressure increases. The exhaust steam can pass both through the valve e into the nozzles f and through the valve g into the nozzles h . These two sets of nozzles can either work on the same impeller or, as shown, on consecutive impellers.

Beide Ventile sind durch die Stange i miteinander verbunden, an welche der Geschwindigkeits- und der Druckregler durch Vermittlung des T-förmigen Hebels k derart angreifen, daß in erster Linie Ventil e bewegt wird, während Ventil g geschlossen bleibt. M stellt einen zweiten Druckregler dar, an dessen unteren Teil der Druck in der Abdampfleitung, also vor dem Ventil e, angeschlossen ist. Auf die obere Seite des Kolbens η dieses Druckreglers wirkt außer der Feder 0 noch der Druck hinter dem Ventil e. Dieser Regler bleibt ohne Einwirkung auf den Regelvorgang, solange der Druck vor den Düsen f kleiner ist als der Druck in der Abdampfleitung, also solange die Leistung der Maschine die mit Abdampf erzielbare Höchstleistung nicht übersteigt. Bei größeren Leistungen und gleichzeitig zuströmenden erheblichen Abdampfmengen tritt allmählich ein Druckausgleich zwischen den Räumen vor und hinter dem Ventil e ein. Der Kolben η der Hilfsmaschine wird dadurch von Dampfdrücken entlastet, und die Feder 0 bewirkt eine Abwärtsbewegung dieses Kolbens, welche ein Schließen des Ventils β und gleichzeitiges öffnen des Ventils g zur Folge hat. Eine Steigerung des Druckes hinter dem Ventil e über den Druck Vor dem Ventil e und in der Abdampfleitung ist bei geöffnetem Ventil β dadurch vermieden. Die Düsen h haben wesentlich größere Durchgangsquerschnitte als die Düsen f und sind so zu wählen, daß bei Höchstleistung der Maschine und gleichzeitigem Zufluß der größtmöglichen Abdampfmenge der Druck vor diesen Düsen denjenigen in der Abdampfleitung nicht übersteigt. Handelt es sich z. B. um die Aufstellung einer 4000-P. S.-Zweidruckturbine, für welche höchstens 10 000 kg an Abdampf zur Verfugung stehen, so benötigt die voll belastete Maschine bei Betrieb mit Frischdampf allein etwa 4000 χ 5 = 20 ooo kg Frischdampf. Für diese Dampfmenge ist der Frischdampf teil p der Maschine zu bemessen. Mit der höchstens verfügbaren Abdampfmenge von 10 000 kg/Stunden kann eine Leistung von etwa 1000 P. S. erzielt werden, wenn größere Drosselverluste im Abdampfregelventil nicht auftreten, wenn also die Düsen f so bemessen werden, daß sich vor ihnen ein Druck von etwa 1 Atm. abs. einstellt, wenn 10 000 kg Abdampf in die Maschine eintreten. Wird die Maschine mit 4000 P. S. betrieben unter gleichzeitiger Zuströmung Von 10 000 kg Abdampf, so setzt die Steuerung selbsttätig so viel Frischdampf zu, als für die Überwindung von 4000 — 1000 = 3000 P. S. erforderlich ist. Sind hierfür etwa 3000 X 5,33 = 16 000 kg-Stunden nötig, so beträgt die gesamte bei diesem Betriebszustand vom Abdampfteil der Maschine zu verarbeitende Dampfmenge 26 000 kg/Stunden. Ein derartiger Betriebszustand ist bei den bekannten Zweidruckturbinen nicht möglich, denn der Druck vor den Düsen /, vor welchen sich Frisch- und Abdampf gemischt hat, müßte in diesem Falle auf etwa 2,6 Atm. steigen, was schon mit Rücksicht auf die vorgeschalteten Maschinen und die zwischengeschalteten Speicher ausgeschlossen ist. In der dargestellten Einrichtung ist in diesem Betriebszustande Kolben- η in seiner tiefsten Endlage; Ventil e ist geschlossen, Ventil g dagegen geöffnet, und die Düsen h sind derart bemessen, daß sie 26000 kg Dampf pro Stunde bei einem Druck von etwa ι Atm. aufnehmen können. Vor den Düsen f, durch welche bei diesem Betriebszustand 16 000 kg Dampf strömen, stellt sich ein Druck von etwa 1,6 Atm. ein, der keine schädliche Rückwirkung auf die Abdampfleitung ausüben kann, da Ventil β geschlossen ist.Both valves are connected to one another by the rod i , on which the speed regulator and the pressure regulator act through the intermediary of the T-shaped lever k in such a way that primarily valve e is moved while valve g remains closed. M represents a second pressure regulator, to the lower part of which the pressure in the exhaust steam line, i.e. upstream of valve e, is connected. In addition to the spring 0 , the pressure behind the valve e also acts on the upper side of the piston η of this pressure regulator. This controller has no effect on the control process as long as the pressure in front of the nozzles f is lower than the pressure in the exhaust steam line, i.e. as long as the performance of the machine does not exceed the maximum output that can be achieved with exhaust steam. In the case of higher capacities and considerable amounts of exhaust steam flowing in at the same time, pressure equalization gradually occurs between the spaces in front of and behind valve e . The piston η of the auxiliary machine is thereby relieved of steam pressures, and the spring 0 causes this piston to move downwards, which closes the valve β and simultaneously opens the valve g . An increase in the pressure downstream of valve e above the pressure upstream of valve e and in the exhaust steam line is thereby avoided when valve β is open. The nozzles h have much larger passage cross-sections than the nozzles f and are to be selected so that when the machine is at its maximum output and the maximum possible amount of exhaust steam is flowing in, the pressure in front of these nozzles does not exceed that in the exhaust line. Is it z. B. to set up a 4000 HP two-pressure turbine, for which a maximum of 10,000 kg of exhaust steam is available, the fully loaded machine needs about 4000 χ 5 = 20,000 kg of live steam when operating with live steam alone. The live steam part p of the machine must be measured for this amount of steam. With the maximum available amount of exhaust steam of 10,000 kg / hour, an output of about 1000 hp can be achieved if there are no major throttling losses in the exhaust steam control valve, i.e. if the nozzles f are dimensioned so that there is a pressure of about 1 atm in front of them. Section. sets when 10,000 kg of exhaust steam enter the machine. If the machine is operated with 4000 HP with a simultaneous inflow of 10,000 kg of exhaust steam, the control automatically adds as much live steam as is necessary to overcome 4000 - 1000 = 3000 HP. If about 3000 X 5.33 = 16,000 kg-hours are necessary for this, the total amount of steam to be processed by the steam section of the machine in this operating state is 26,000 kg / hour. Such an operating state is not possible with the known two-pressure turbines, because the pressure in front of the nozzles /, in front of which fresh and exhaust steam has mixed, should in this case be about 2.6 atm. increase, which is already ruled out with regard to the upstream machines and the intermediate storage units. In the device shown, in this operating state, the piston η is in its lowest end position; Valve e is closed, while valve g is open, and the nozzles h are dimensioned such that they deliver 26,000 kg of steam per hour at a pressure of about 1 atm. be able to record. In front of the nozzles f, through which 16,000 kg of steam flow in this operating state, there is a pressure of about 1.6 atm. one that cannot have any harmful effect on the exhaust line, since valve β is closed.

Erst durch vorliegende Erfindung; ist also ein wirtschaftlicher und zuverlässiger Betrieb von solchen Zweidruckturbinen erreichbar, deren Höchstleistung größer ist ails diejenige Leistung, welche mit dem verfügbaren Abdampf allein erzielt werden kannvOnly through the present invention; is therefore an economical and reliable company achievable by such two-pressure turbines, the maximum power of which is greater than that Performance that can be achieved with the available exhaust steam alone v

Besonders wertvoll wird die Erfindung dann, wenn durch ihre Verwendung von der Aufstellung eines Abdampfspeichers Abstand genommen werden kann. In diesem Falle soll der vom Abdampfregelventil e beherrschte Düsensatz f unter Berücksichtigung derjenigen Dampfmenge bemessen werden, welche aus den ununterbrochen arbeitenden vorgeschalteten Maschinen verfügbar ist, während bei derThe invention becomes particularly valuable when it is possible to dispense with the installation of an exhaust steam storage unit through its use. In this case, the set of nozzles f controlled by the evaporation control valve e should be dimensioned taking into account the amount of steam that is available from the uninterrupted upstream machines, while with the

ίο Bemessung des vom Regelungsventil g bedienten Düsensatzes h der Höchswert der augenblicklich zuströmenden Frisch- und Abdampfmenge zu berücksichtigen ist, welche bei gleichzeitigem Betrieb der unterbrochen und der ununterbrochen arbeitenden Maschinen in der voll belasteten Zweidruckturbine verarbeitet wird.ίο assessment of g from control valve operated nozzle set hours of Hoechsmann value of the instantaneous inflowing fresh and exhaust steam has to be considered, which is processed with simultaneous operation of interrupted and the continuously working machines in the fully loaded two-pressure turbine.

Mit einer derartigen Zweidruckturbine ist es möglich, ohne Verwendung eines teuren Dampfspeichers allen aus den vorgeschalteten Maschinen der Abdampfanlage zuströmenden Dampf restlos und mit gutem Wirkungsgrad zur Arbeitserzeugung heranzuziehen.With such a two-pressure turbine it is possible without using an expensive one Steam accumulator all flowing from the upstream machines of the exhaust steam system Use steam completely and with good efficiency to generate work.

Beim Eingreifen der Hilfsmaschine m des Druckreglers η besteht möglicherweise die Gefahr von Schwankungen in der Drehzahl, sofern die Bewegung dieses Druckreglers nicht durch entsprechende Mittel abgedämpft und die Bemessung der Ventile nicht sachgemäß erfolgt. Am sichersten werden derartige Schwankungen dadurch vermieden, daß die Ventile e und g mit Drosselansätzen bekannter Art ausgestattet werden, die so bemessen sind, daß die während des Überganges der Hilfsmaschine m von einer Endlage in die andere in die Maschine einströmenden Dampfmengen ein gleichbleibendes Drehmoment in der Maschine hervorrufen. Tritt keine Änderung des Dampfzustandes und der Belastung der Maschine ein, so wird bei Verwendung derartiger Ventile während des Überganges des Druckreglers η keinerlei Rückwirkung auf den Geschwindigkeitsregler α und den Druckregler b eintreten, d. h. der Übergang erfolgt bei vollständig gleichbleibender Drehzahl. Bei Verwirklichung dieses Gedankens ist natürlich in der Berechnung der Durchströmquerschnitte in den Ventilen e und g das verschiedene für die Drosselung verfügbare Druckgefälle und das in jeder Stellung der Ventile verschieden große, in der Maschine ausgenutzte Gefalle zu berücksichtigen.When the auxiliary machine m of the pressure regulator η intervenes, there may be a risk of fluctuations in the speed if the movement of this pressure regulator is not dampened by appropriate means and the valves are not properly dimensioned. The safest way to avoid such fluctuations is that the valves e and g are equipped with throttle attachments of a known type which are dimensioned so that the steam quantities flowing into the machine during the transition of the auxiliary machine m from one end position to the other have a constant torque in the Cause machine. If there is no change in the steam state and the load on the machine, then when using such valves during the transition of the pressure regulator η there will be no reaction to the speed regulator α and the pressure regulator b , ie the transition takes place at a completely constant speed. If this idea is implemented, the different pressure gradients available for throttling and the differently large gradients utilized in the machine in each position of the valves must of course be taken into account in the calculation of the flow cross-sections in the valves e and g.

Es ist ohne weiteres möglich, für die Ventile »Kraftkurven« zu finden, welche der oben gestellten Forderung entsprechen.It is easily possible to find “force curves” for the valves, which of the above meet the demand.

Claims

Patent-to sayings:

1. Control for two-pressure turbines, the exhaust part of which depends on the live steam and Amount of exhaust steam flows through jointly and with several inlet cross-sections is equipped, characterized by such an influence on the exhaust steam inlet organs by the control that a switchover from the smaller to the larger inlet cross-section takes place automatically, as soon as the pressure to which the organ controlling the smaller inlet cross section throttles the pressure of the approaching exhaust steam flowing in.

2. Control for two-pressure turbines according to claim 1, characterized in that the dimensioning of the smaller inlet organ and the inlet cross-section controlled by it for the exhaust steam, the continuously flowing amount of exhaust steam, the dimensioning of the larger inlet element and of the inlet cross-section controlled by him, the largest flowing in from all upstream machines at the same time Amount of exhaust steam and the amount still required at full power of the two-pressure turbine Live steam volume are taken as a basis.

3. Control of the two-pressure turbine according to claim 1, characterized in that the inlet organs for the exhaust steam are provided with throttle attachments designed in this way be that the torque generated in the machine remains unchanged while the flow of steam through Intervention of the pressure regulator switching from one to the other of the evaporation control valve transforms.

1 sheet of drawings.