-
Einrichtung zur Sicherung mehrstufiger Dampfturbinen mit Dampfzwischenüberhitzung
gegen Überschreitung der zulässigen Drehzahl Gegenstand vorliegender Erfindung ist
eine Einrichtung zur Sicherung mehrstufiger Danipfturhinen mit Dampfzwischenüberhitzung
gegen Überschreitung der zulässigen Drei cahl.
-
13ci Turbinen, welche Dampf von hohem I)rttclc verarbeiten, ist es
notwendig, den-#ellien im Laufe der Entspannung von neuem zti überhitzen, damit
die letzten Turbinenstufen nicht mit nassem Dampf arbeiten. Die Feuchtigkeit des
Dampfes erniedrigt den Wirkungsgrad des entsprechenden Turbinenteiles beträchtlich
und verursacht eine Korrosion der Schaufeln. Die Überhitzung des Dampfes im Laufe
der Entspannung geschieht in einem besonderen Zwischenüberhitzer, welcher entweder
vorn Eintrittsdampf geheizt wird und womöglich nahe der Turhine angeordnet ist,
oder durch die Rauchgase, in welchem halle der Überhitzer uninittelbar im Dampfkessel
eingebaut ist.
-
Der Zwischenüberhitzer hat an der belieiztrn Stelle einen grollen
Inhalt, so dali in demselben eine beträchtliche Menge Dampf eingeschlossen ist.
Diese große 1)ampfinenge wirkt sich un-iinstig auf die Re-elun J der \lcischine
aus. Bei plötzlicher Entlastung kann die -Maschine eine unzulässige Umdrehungszahl
erreichen, bis der bekannte, bei jeder Turbine vorgesehene Sicherungsregler eingreift,
den Zutritt des Dampfes zur Turbine schließt und diese abschaltet. Dadurch wird
jedoch ein weiteres Laufen der Turbine keineswe`s verhindert, da der Dampf aus dem
Zwischenüberhitzer in den Niederdruckteil strömt und die Turbine auf unzulässig
hohe Umdrehungen bringt, wodurch die Beanspruchung des Läufers auf ein unzulässiges
Maß steigen kann. Bei plötzlicher Entlastung von der vollen Leistung auf Leerlauf
sind die Verhältnisse für die Turbine noch ungünstiger.
-
Es sind bereits Einrichtungen bekanntgeworden. die zur Sicherung mehrstufi-er
Danipiturbinen mit Zwischenüberhitzung gegen Cherschreitung der zulässigen Umdrehungszahl
dienen und bei welchen hinter jedem Zwischenüberhitzer ein nicht mit dein Ufaupteiiilalior;,-an
verbundenes Sicherungsorgan angeordnet ist, welches bei Erreichen der im regelmäßigen
Betriebe zulässigen höchsten Drehzahl den Durchflußquerschnitt der zur nächsten
Stufe führenden Datnpfleitung, verringert, so daß die Erhöhung der
Drehzahl
unterhalb der Grenze bleibt. bei -welcher der Schnellschlußregler eingreift. Diese
Einrichtungen weisen aber mangels eines in der Zuleitung zum Zwischenüberhitzer
angeordneten Absperrmittels den \acliteil auf, daß der Zwischenü berhitzer nicht
völlig vom Dampfflug abgeschaltet -werden. kann. Der Dampf tritt vielmehr in den
Zwischenüberhitzer ein und staut sich dort, da das Hauptregelventil die Dampfzufuhr
zu einem Zeitpunkt abschließt, zu dem der von früher her im Zwischenüberhitzer vorhandene
Dampf noch nicht völlig von der Niederdruckstufe verbraucht worden ist. Dies hat
aber wesentliche Unzuträglichkeiten in bezug auf die Regelung zur Folge, da das
genaue Einstellen der Turbinendrehzahl in Abhängigkeit vom Hauptregler verzögert
-wird. In -wirtschaftlicher Hinsicht ergibt sich bei der erwähnten bekannten Bauart
der Nachteil. claß die zweigehäusige Turbine unter bestimmten Betriebsbedingungen
überhaupt nicht ohne Zwischenüberhitzung laufen kann. cla der Zwischenüberhitzer
niemals völlig abgeschaltet werden kann. Auch bei guter Regelung -werden hei großen
Entlastungen zufolge der im Zwischenüberhitzer eilthalteneu Dampfmenge Drehzahlen
erreicht. «-elche höher sind als die zulässige Drehzahl -während des regelmäßigen
Betriebes. Es wird dann das Abschlußorgan hinter dem Zwi-#chenüberhitzer im Sinne
des Schließens in Bewegung gesetzt. Da die Hauptregelung eine bestimmte zufließende
Dampfmenge einstellt, steigt der Druck im Gehäuse vor dem Zwischenüberhitzer und
kann eine gefährliche Hölle erreichen. Noch größere Gefahr bestellt. -wenn bei einer
plötzlichen Entlastung die Hauptsteuerung versagt und nicht völlig schließt. Dann
steigt die Umdrehungszahl schnell, das hinter dem Zwischenüberhitzer angeordnete
Sicherungsorgan schließt sich bei höchster Betriebszahl völlig, aber der Dampf strömt
weiter in das Hochdruckgehäuse der Turbine, und zwar so lange, bis die Schnell-:clilußvorrichtung
den Dampfzufluß absperrt. Das Hochdruckgehiiuse füllt sich dann mit hochgespannten-
Frischdampf und kann dadurch leicht beschädigt werden.
-
Es sind auch Einrichtungen bekanntgeworden, bei -welchen zwischen
den eigentlichen Kegelventilen und den Düsenkap iiIen der Turhine noch zusätzliche,
dem Einflug eines Reglers unterworfene Regelorgane angebracht sind, zum Zwecke,
den Einflug der in den Raum nach clen eigentlichen Steuerventilen e;ngeschlossenenDampfmengen
auf die Regelfähigkeit der Turbine unschädlich zu machen. Bei diesen Anordnungen
-wird hei plötzlicher Entlastung der Turbine der Dampf aus dein Zwischenüberhitzer
entweder in die Atmo-Sphäre oder in den Kondensator ausgeblasen. Bei Ausblasen des
Dampfes in die Atmosphäre findet aber ein bedeutender Dampfverlust statt und überdies
sind beträchtliche Auslaßquerschnitte erforderlich, -während das -Ausblasen in den
Kondensator wieder den \achteil aufweist, daß in den Kondensator eine beträchtliche
Dampfmenge von hohem @färmeinhalt gelangt, wodurch das Vakuum sich beträchtlich
vermindert und gegebenenfalls der Turbinenbetrieb unterbrochen wird.
-
Endlich sind auch Ausführungen bekanntgeworden, bei welchen der Zwischenüberhitzer
elektrisch geheizt wird und bei denen rler Strom für die Zwischenüberhitzung unterbrochen
wird, sobald sich jenes Ventil öffnet, welches den Zufluß des Arbeitsdampfes zu
dem Zwischenüberhitzer und dem Abflug desselben zur Turbine herstellt, oder -wenn
die Turbine entlastet -wird. Diese Einrichtungen dienen zum Schutze der Heizkörper,
vermögen aber ein Durchgehen der Turbine bei plötzlicher Entlastung nicht zu verhindern.
.
-
Die erwähnten Nachteile der bekannten Bauarten sollen durch vorliegende
Erfindung vermieden werden.
-
Das Wesen derselben besteht darin, daß vor und hinter dem zwischen
Hochdruckteil und einem -weiteren Teil der Turbine befindlichen Zwischenüberhitzer
je ein Schnellschlußventil angeordnet ist. Diese Schnellschlußventile stehen dabei
unter dem Einflug eines Reglers an sich bekannter Bauart. Gleichzeitig ist der bis
zu dem einen Schnellschlußv entil reichende Raum des Hochdruckteiles mit dein beim
anderen SchneIlschlußventil beginnenden Raum des weiteren Turbinenteiles durch eine
Leitung verbunden, in die ein Überdruckventil eingeschaltet ist, welches bei abgeschaltetem
Zwischenüberhitzer den Zufluß des Dampfes vorn Hochdruckteil zu den weiteren Turbinenteilen
freigibt.
-
Es ist schon bekannt, zwischen Druckstufenteilen von Turbinen, z.
B. zwischen Mitteldruck- und \ iederdruckteileii, eineu L`berhitzer einzuschalten,
der durch je ein Abschlußorgan in der Zu- und ein Abschlußorgan in der Ableitung
abgeschaltet werden kann, wobei der bis zii dein Abschlußorgan des ersten Teiles
der Turbine reichende Raum mit dein bis zu dein iiiideren Abschlußorgan reichende
Ratten des zweiten Turbinenteiles durch eine Leitung überbrückt -wird, in die ein
Durchgangsventil eingeschaltet ist, welches beim abgeschalteten Zwischenüberhitzer
den Dampf vorn ersten Turbinenteil zum zweiten Teil freigibt.
-
Bei dieser bekannten Anordnung -werden aber die Ventile voll Hand
geschaltet und dienen lediglich dein Zwecke, den L`berhitzer
bei
Störungen desselben oder aber beim Allfahren der Turbine abzuschalten, und nicht
(lern Zwecke, den ungünstigen Einfluß der erheblichen Darnpfinenge im Zwischenüberhitzer
auf die Regelung der "Turbine zu beseitigen.
-
Mn der Zeichnung ist ein des Erfindungsgegeilstandes bildlich dargestellt,
und zwar in Anwendung auf eine dreigehäusige Hochdruckdampfturbine mit Dampfzwischenüberhitzung.
-
Der Dampf tritt durch das Regelorgan i, welches vom Geschwindigkeitsregler
gesteuert wird. in den Hochdruckteil 2 der Turbine. Heini Übergang aus dem Hochdruckteil
2 in den Mitteldruckteil 3 strömt der Dampf durch den beheizten Teil .4 des ZwiscJsenüberhitzers
.4, 3, wo er auf die entsprechende Temperatur, z. B. vom Eintrittsdampf. der durch
den Heizkörper 5 des Zwischenüberhitzers strömt, gebracht wird. Der aus dem beheizten
'feil des Zwischenüberhitzers ströinende Dampf gelangt dann über den Mitteldruckteil
3 und den \Tiederdruckteil 6 der "Turbine in den Kondensator 7.
-
Bei plötzlicher Entlastung der Turbine wird der Zwischenüberhitzer
von der Turbine abgeschaltet. Der Dampf wird unter Umgehung des Zwischenüberhitzers
aus dein I lochdruckteil 2 dem weiteren Teil 3 der Turbine zugeführt. Zu diesem
Zwecke ist sowohl in der Zuleitung zum Zwischenüberhitzer, also vor demselben, als
auch in der Ableitung aus dein Zwischenüberhitzer, 'also hinter demselben, je ein
Schnellschlußventil 8, 9 angeor(inet. Der bis zu dem SchnellschluGventil
8 reichende Raum des Hochdruckteiles 2 ist mit dem beim anderen Schnellschlußventil9
beginnenden Raum des weiteren Turbinenteiles 3 durch eine Leitung r o verbunden,
in die ein Überdruckschalter (Klappe oder Ventil) eingeschaltet ist, welches bei
abgeschaltetem Zwischenüberhitzer die Dampfführung vom Hochdruckteil e zu den weiteren
Turbinenteilen 3 und 6 ermöglicht.
-
Das Überdruckventil i i ist mit einer derart starken Feder versehen,
da13 es bei norinalein Betriebe auch bei großen Druckverlusten nicht öffnet und
ein Eindringen des Dampfes aus dein Hochdruckteil 2 durch Leitung io in den Mitteldruckteil
3 der Turbine nicht gestattet. Sämtlicher Dampf strömt also normal durch den Zwischenüberhitzer.
-
Die SclinellscliIii13organe 8, 9 sind gleichzeitig durch einen Regler
13 all sich bekannter Bauart einstellbar. Sie erhalten gleichzeitig v()ii diesem
einen gemeinsamen Ahschlul3-iniptils. Der Regler 13 ist ,an irgendeinem unilaufenden
Teil der Turbine angeordnet, beispielsweise auf der Hauptwelle oder auf der Reglerwelle.
Er ist entweder als Fliehkraftregler ausgebildet, der voll der Umdrehungszahl der
Maschine abhängig ist, oder als Regler, der von der Beschleunigung der Maschine
beeinflußt wird. Bei normalem Gang der 'Maschine, d. i. bei normalen Umdrehungszahlen,
ist das Überdruckventil i r geschlossen, wobei jedoch die Schnellschlul3-organe
8 und 9 geöffnet sind, so daß sämtlicher Dampf durch den Zwischenüberhitzer strömt.
-
Wenn plötzlich eine beträchtliche Entlastung der Maschine zustande
kommt, schließt zwar das Reglerorgan i den Zutritt des Dampfes in den Hochdruckteil
e ab, die Maschine wird aber weiterlaufen infolge des Dampfes, der aus dem Zwischenüberhitzer
strömt. Der Fliehkraftregler 13 kann als Sicherheitsregler ausgeführt werden, der
auf eine etwas höhere Umdrehungszahl eingestellt. ist als die normale Umdrehungszahl,
wobei jedoch diese Umdrehungszahl immerhin entsprechend niedriger gehalten ist als
jene des Hauptsicherungsreglers, welcher sofort den Zutritt des Dampfes abschließt,
sobald die Umdrehungszahl die normale Betriebszahl um io bis i t °/a übersteigt.
Wenn also die Umdrehungszahl der Maschine auf jenes Mali ansteigt, auf welches der
Regler 13 eingestellt ist, gibt derselbe einen Impuls zur augenblicklichen und gleichzeitigen
Abschließung beider Organe 8 und 9, wodurch der ganze Zwischenüberhitzer von der
Turbine abgeschaltet wird, so daß sein Inhalt keinen Einfluß mehr auf die Umdrehungen
der Turbine hat. Nach Schließen der Organe 8 und 9 steigt der Druck am Ende des
Hochdruckteiles 2 und sinkt im Mitteldruckteile 3, so daß das Überdruckventil i
i sich öffnet und der Dampf durch die Leitung io strömen kann.
-
Durch eine Abschaltung des Zwischenüberhitzers arbeitet dann die Turbine
normal, und ein weiteres Anwachsen der Umdrehungszahl wird, wie bei der Turbine
ohne Zwischenüberhitzer, vom Geschwindigkeitsregler abhängig sein, welcher das Regelorgan
i steuert.
-
Bei eingestellter Umdrehungszahl nach der Entlastung öffnet sich langsam
das Schnellschlußventil8, bis die Drücke am Ende des Hochdruckteiles 2 ini Zwischenüberhitzer
sich i aus, gleichen, wonach sich allmählich auch (las Schnellschlußventil 9 öffnet;
die Reihenfolge beim öffnen der Schnellschlußventile 8 und o kann auch entgegengesetzt
sein. 'Fach ültnen der Organe 8 und 9 entstellt ein normaler Druckverlust zwischen
dein Hochdruckteil und dein llitteldruckteil 3, (las Überdruckventil i t schließt
sich. und der Dampf -strömt normal über den Zwischenüberhitzer. Aus (lein AngAngeführten
ist ersichtlich, daßdurch
diese Einrichtung der ungünstige Einfluß
des großen Inhaltes des Zwischeniiberhitzers ausgeschaltet wird. ohne daß der Gang
der Maschine unterbrochen werden muß.
-
Der Regler 13 kann auch so ausgeführt werden, daß er nur auf die Beschleunigung
der Maschine anspricht und den Abschluß der Organe 8 und 9 verursacht, sobald eine
Beschleunigung der Maschine zustande kommt. Der Regler 13 kann ferner als normaler
Fliehkraftregler ausgeführt werden, welcher bei einer bestimmten Umdrehungszahl,
welche höher als die normale ist, aber niedriger als die, bei welcher der Hauptsicherheitsregler
anspricht, eine plötzliche und gleichzeitige Schließung der Organe 8 und 9 verursacht.
Die Benutzung dieses Reglers hat den Vorteil, daß die Vorrichtung 12, welche den
Abschlußimpuls überträgt, nach Schließung der Organe 8 und 9 wieder in die ursprüngliche
Lage gebracht werden kann und dies bei geringer Drehzahlabnahme gegenüber der Drehzahl,
bei welcher der Impuls- zur Schließung der Organe 8 und 9 gegeben wird.
-
Der vom Regler 13 stammende Impuls zur Schließung der beiden
Organe 8 und 9 wird vermittels der Druckölvorrichtung 12 übertragen, wenn diese
Organe 8 und 9 in der Nähe des Reglers 13 angeordnet sind, oder hei größeren Entfernungen
wird dieser Im= puls elektrisch übertragen, damit die Verzögerung zwischen den Einsätzen
des Reglers 13 und der eigentlichen Schließung der Organe 8 und 9 ausgeschaltet
wird.
-
Die Schnellschlußventile 8 und 9 können auch dadurch eingestellt werden,
daß der notwendige Impuls von der angetriebenen Maschine vom elektrischen Stromerzeuger,
z.'B. durch Änderung der Stromintensität, oder deichzeitig von der Antriebsmaschine
als auch angetriebenen 1-Iaschine abgeleitet wird, wobei die Übertragung der Impulse
auf die Schnellschlußventile 8 und 9 ähnlich durchgeführt werden kann, wie schon
oben beschrieben.