DE229817C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- Λ*229817 -KLASSE 14 c. GRUPPE

JAN PROCNER in PABIANICE, Ruszl.

Regelung einer Gegendruckdampfturbine. Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. Mai 1909 ab.

Es ist bereits bekannt, bei Dampfturbinen den nach Arbeitsleistung noch mit einer gewissen Spannung aus der Turbine austretenden Dampf anderen Fabrikationsbetrieben zuzuführen. Bei Turbinen dieser Art ist aber der Dampfverbrauch bzw. die durch die Turbine für die Kraft- und Zeiteinheit hindurchgehende Dampfmenge konstant, so daß also der Fabrikationsbetrieb unter allen Umständen gerade

ίο nur dieser aus der Turbine austretenden Dampfmenge angepaßt sein muß. Es gibt aber nur selten Betriebe, bei denen der Dampfverbrauch des Fabrikationsbetriebes mit dem Dampfverbrauch der Turbine völlig übereinstimmend gehalten werden kann. Man hat daher in Erwägung dieses Nachteils sogenannte

. Anzapfturbinen vorgeschlagen, bei denen der Dampf je nach Bedarf, jedoch nur mit etwa 2 bis 3 Atmosphären Druck für Heizzwecke entnommen werden kann und der Rest des Dampfes in die Niederdruckstufe und aus dieser in den Kondensator geht. Andererseits ist es bei Verbundkolbenmaschinen bekannt, die Regelung der Kraftmaschine mit der Spannung an der Entnahmestelle des Heizdampfes in Verbindung zu bringen, um letzteren unter gleich hohem Druck, so wie er für den Fabrikationsbetrieb notwendig ist, zu halten. Dann ist es möglich, den gesamten aus der Kraftmaschine kommenden Dampf dem Fabrikationsbetrieb zuzuführen. Die vorliegende Erfindung will diesen letzterwähnten Gedanken auf Dampfturbinen übertragen, und zwar in der Weise, daß bei wechselnder Spannung in der Entnahmekammer, also in völliger Abhängigkeit vom Dampfverbrauch des Fabrikationsbetriebes Turbinenstufen zu- oder abgeschaltet werden, und zwar dadurch, daß ein Turbinenkammerschalter unter den Einfluß des in der Entnahmekammer herrschenden Gegendruckes gestellt wird, so daß der Schalter in Abhängigkeit vom Dampfverbrauch die Stufen zu- oder abschalten kann. Hierbei wirkt der in der Entnahmekammer wirksame Gegendruck auf einen federbelasteten Kolben, dessen Kolbenstange einen zweiten Kolben trägt, der bei der durch Änderung des Gegendruckes eintretenden Verschiebung nacheinander eine Anzahl Leitungen dem Zufluß von Drucköl oder einem anderen Medium aussetzt, derart, daß das durch diese Leitungen weiterfließende Drucköl die die Zu- und Abschaltung der Druckstufen veranlassenden Ventile steuert. Zweckmäßig wird hierbei auf der Gegendruckausblasekammer ein besonderes Frischdampfventil angeordnet, das ebenfalls unter dem Einfluß des selbsttätigen Turbinenkammerschalters steht, derart, daß bei übermäßigem Sinken des Gegendruckes das Frischdampfventil der Entnahmekammer ebenfalls durch Drucköl geöffnet und so lange für die Zuleitung des Frisch-. dampfes offen gehalten wird, bis der Dampfverbrauch des Fabrikationsbetriebes mit dem Durchgang des Dampfes für die Turbine wieder übereinstimmt.

Die Erfindung ist auf der Zeichnung zur Veranschaulichung gekommen, und zwar ist:

Fig. ι eine schematische Darstellung der mehrstufigen Turbine im Längsschnitt,

Fig. 2 ein Querschnitt durch dieselbe,
Fig. 3 ein Schnitt durch den . selbsttätigen Turbinenkammerschalter,

Fig. 4 ein Schnitt durch ein Doppelventil zur Ein- und Ausschaltung der Turbinenkammern, Fig. 5 ein Schnitt durch ein Düseneinströmventil,

Fig. 6 ein Regler mit indirekt wirksamen Düsenschaltern.

ίο Die Dampfturbine besitzt eine Anzahl, z. B. vier Druckstufen I, II, III, IV. In jeder Druckstufe ist auf der gemeinsamen Welle 2 je ein Schaufelrad 5 mit je zwei konzentrisch liegenden Schaufelreihen ii, 13 angeordnet. Konzentrisch zur Turbinenkammer 3 liegt der Dampfver-. teilungsraum 4. Von diesem gehen eine Anzahl radial gestellter Düsenrohre 8 nach einwärts ab, und zwar kommen bei dem in der Zeichnung gewählten Ausführungsbeispiel, wie Fig. 2 zeigt, vier solcher Düsenrohre zur Anwendung. Diese münden an ihren inneren Enden in Düsen 10 aus, so daß der Dampf von diesen Düsen durch die Schaufelkränze 11 sowie durch Umkehrschaufeln 12 auf den äußeren Schaufelkranz 13 zur Einwirkung kommt. Jedes dieser Düsenrohre ist an dem nach dem Dampfzuleitungsraum 4 zu ausmündenden Ende mit einem besonderen, nachstehend beschriebenen Steuerungsventil a, b, c, d versehen. Der Dampf gelangt durch den Stutzen 7 in die Ringkammer 4 der Druckstufe I und durch die jeweils offenstehenden Einströmventile a, b, c, d mit voller Anfangsspannung in die entsprechenden Düsenrohre 8. Alle' Einströmventile stehen in allen Druckstufen unter Federdruck normal offen, und durch Druckölbeeinflussung werden die Ventilreihen a, b, c, d einzeln abgeschlossen. Diese Ventile können, ähnlich wie im Hauptpatent, die in Fig. 5 gezeigte Gestalt haben. In dem mit Schlitzen versehenen Zylinder 16 sitzt ein gleichfalls mit Schlitzen versehener Kolbenschieber 17, der durch eine Stange 18 mit einem Kolben 19 verbunden ist, welcher in einem außerhalb des Turbinengehäuses angeordneten Zylinder 21 sich befindet und hier durch eine Feder 20 nach abwärts gedrückt wird. Der Zylinder 21 ist indessen mit einem Zufluß- und einem Abflußstutzen 23 bzw. 23" für Drucköl versehen, welch letzteres auf die Unterseite des Kolbens 19 einwirkt. Das Drucköl wird mittels einer Ölpumpe, welche von der Turbinenwelle oder von der Regulatorspindel betätigt wird, durch den Rohranschluß 24 (Fig. 6) in den vom Regler in bekannter Weise mittels Schieber 28 und Hilfskolben 27 durch Drucköl beeinflußten Düsenschalter 25, 26 gedrückt, von wo es durch die Rohranschlüsse a¹, b¹, c¹, d¹ zur Abschaltung der Einströmventile a, b, c, ä je nach Bedarf abgeht. Die Turbinenkammern I, II, III sind durch die Doppelventile A, B, C untereinander (Fig. 4) und durch die Anschlußröhren D, E, F, G, H, J mit der Gegendruckausblasekammer K verbunden. Die Druckstufe IV steht mit der Kammer K durch ein einfach gesteuertes Ausströmventil C² in Verbindung. Aus Druckstufe I kann der Dampf durch Rohr D und unteres Ventil A in die Ringkammer 4 der Druckstufe II gelangen oder durch Rohr D, oberes Ventil A und Rohr E in die Ausblasekammer K. Auf gleiche Weise kann der Dampf aus Druckstufe II durch Rohr F und das untere Ventil B in die Ringkammer 4 der Druckstufe III gelangen oder durch Rohr F, das obere Ventil B und Rohr G in die Ausblasekammer K. Aus der Druckstufe III kann der Dampf durch Rohr H und unteres Ventil C in die Ringkammer 4 der Druckstufe IV gelangen oder durch Rohr H, das obere Ventil C und Rohr / in die Ausblasekammer K. Aus Druckstufe IV strömt der Dampf durch das Auslaßventil C² in die Ausblasekammer K. Die Gegendruckausblasekammer K ist mit einem Frischdampfventil L, einem Sicherheitsventil M und einem Rückschlagventil N versehen. Der aus der Ausblasekammer K kommende Dampf passiert das Rückschlagventil N und einen Rohrstutzen O, der nötigenfalls auch noch mit einem Seitenstutzen O¹ an die Frischdampfleitung angeschlossen sein kann für den Fall, daß die Tür- go bine nicht läuft und Heizdampf benötigt wird. Die in Fig. 4 dargestellten Doppelventile A, B, C bestehen aus folgenden Teilen: dem. unteren Gehäuse P, dem mittleren Gehäuse U und dem oberen Gehäuse W. Gehäuse P ist mit einem seitlichen und einem unteren Rohrstutzen 29 bzw. 30 versehen und enthält einen mit Schlitzen versehenen Zylinder P¹. In diesem ist ein gleichfalls mit Schlitzen versehener Kolbenschieber R angeordnet. Die Kolbenstange S desselben trägt darüber liegend einen zweiten, ebenfalls mit Schlitzen versehenen Kolbenschieber T, der in einem gleichfalls geschlitzten Zylinder U¹ beweglich ist. Am obersten Ende ist die Kolbenstange 5 mit einem federbelasteten Kolben V verbunden, der in dem Gehäuse W sitzt, in welches durch Rohrstutzen X, X¹ Drucköl zu- und abgeführt wird, das von unten auf den Kolben V einwirkt. Die Beeinflussung des Doppelventiles A (Fig. 4) l'io geschieht derart, daß T geschlossen sein muß, wenn R offen steht. Bei der in Fig. 4 gezeigten Stellung der beiden Ventile strömt Dampf beispielsweise aus Druckstufe I durch den Rohrstutzen 29 in das Gehäuse P und kann, da die Schlitze des Zylinders P¹ und Kolbenschieber R in Verbindung stehen, durch den Rohrstutzen 30 in den Dampfzuleitungsraum der Druckstufe II gelangen. Ist aber das Ventil P¹, R geschlossen, so ist das Ventil T, U¹ offen, und der durch Stutzen 29 einströmende Dampf kann durch die Schlitze des Ventiles T, U¹ nach dem

Rohrstutzen 31 gelangen, durch den er nach der Gegendruckausblasekammer geleitet wird.

Ebenso werden auch die Doppelventile B und C selbsttätig gesteuert. Das einfache Ventil C² besteht nur aus dem unteren Gehäuse P mit Schieber P¹, R und dem oberen Gehäuse W mit Kolben V und Feder. Dasselbe ist normal unter Federdruck geschlossen und wird gleichzeitig mit dem Doppelventil C gesteuert. Es wird geöffnet, sobald R, P¹ im Ventil C geöffnet wird.

In Verbindung mit dieser Turbine kommt der in Fig. 3 gezeigte selbsttätig arbeitende Turbinenkammerschalter zur Anwendung. In einem Gehäuse e ist ein federbelasteter Kolben f ■ angeordnet, auf dessen Unterseite der in der Ausblasekammer K herrschende Gegendruck von etwa 5 bis 7 Atmosphären (= etwa 50 Prozent des Anfangsdruckes) einwirkt. Dieser Gegendruckdampf wird durch einen Rohrstutzen g¹ abgeführt, an welchen der Schalter (Fig. 3) mit Stutzen g angeschlossen ist. Durch einen weiteren Rohrstutzen h steht das Gehäuses mit einem Manometer in Verbindung. Die KoI-benstange i trägt an ihrem unteren Ende einen entlasteten Ölkolben k, der gleichzeitig als Katarakt dient. Im unteren Teil des den Kolben k aufnehmenden Gehäuses I ist eine der freien Zahl der Druckstufen entsprechende Anzahl Rohrstutzen A¹, B¹, C¹ angeordnet, und . zwar dient der Rohrstutzen A¹ zur Ein- und Ausschaltung der Druckstufe II durch Einwirkung auf den Ölkolben des Doppelventiles A, der Rohrstutzen B¹ zur Beeinflussung der Druckstufe III durch Doppelventil B und der Rohrstutzen C¹ zur Einschaltung und Ausschaltung der Druckstufe IV mittels Doppelventil C und des einfachen Ventiles C². Dem unteren Teil des Gehäuses I wird unterhalb des Kolbens k schließlich durch einen Rohrstutzen ft Drucköl von der Ölpumpe aus zugeführt. Oberhalb des Rohrstutzens C¹ liegt noch ein weiterer Rohrstutzen r, durch den ebenfalls Drucköl zugeführt wird, um das auf der Ausblasekammer K vorhandene Frischdampf ventil L zu beeinflussen. Die Wirkung dieser Turbine in Verbindung mit dem Düsenschalter und. dem selbsttätigen Turbinenkammerschalter ist folgende:

Wenn im Doppelventil (Fig. 4) der Schieber R geschlossen und Schieber T offen steht, so strömt der Dampf durch Rohrstutzen 7 mit voller Anfangsspannung in den Dampfzuleitungsraum 4 (Fig. 1) und von hier entsprechend der Zahl der offenen Düsenrohre a, b, c, d (Fig. 2) in die entsprechenden Düsenarme 8, beeinflußt das Laufrad der Druckstufe I, worauf der Abdampf mit ungefähr der Hälfte der Anfangsspannung durch Rohr D, Ventil A und Rohr E in die Ausblasekammer K und von hier aus in den Fabrikationsbetrieb gelangt. Wenn der Gegendruck in der Ausblasekammer K steigt, so wird in dem Fabrikationsbetriebe zeitweilig weniger Dampf verbraucht, folglich muß auch die Turbine weniger Dampf durchlassen. Infolge dieser Drucksteigerung in der Ausblasekammer K, die durch ein Rohr und Rohranschluß g (Fig. 3) mit dem Gehäuse e verbunden ist, hebt sich der Kolben f und deckt mittels Kolben k die Öffnung A¹ auf, durch welche Drucköl nach dem Zylinder W (Fig. 4) des Doppelventiles abgeht und durch Rohranschluß χ unter den Kolben V eintritt. Infolgedessen hebt sich der Kolben V, öffnet Ventil R und schließt gleichzeitig T; der Dampf kann also nicht mehr durch Stutzen 31 in die Ausblasekammer abgehen, sondern muß durch Stutzen 30 in die Dampfverteilungskammer 4 der Druckstufe II und von hier durch ebenso viele Düsenrohre wie in der 'Druckstufe I auf das Laufrad der Druckstufe II einwirken. In diesem Augenblick steigt die Umlauf zahl der Turbine, weil bei der gegebenen Leistung das in der Turbine auszunutzende Spannungsgefälle vergrößert worden ist. Die erhöhte Tourenzahl zwingt den Regler (Fig. 6) durch Druckölbeeinflussung, den Steuerungskolben 27 nach aufwärts zu bewegen, wodurch Rohranschluß a¹ für Druckölaustritt frei wird. Dieses Drucköl geht nach dem Rohranschluß 23 in allen vier Ventilen α (Fig. 5), hebt den Kolben 19 und sperrt das Schieberventil 16, 17 zu, und zwar go in den Spannungsstufen I und II. Die durch die Turbine strömende Dampfmenge hat sich also verkleinert ohne Änderung der Leistung des Gegendruckes und der Tourenzahl, da die letztere nach Absperrung einer oder mehr Düsen wieder auf die normale Höhe sich einstellt. Aus der Druckstufe II geht der Abdampf dann durch Rohr F, Doppelventil B und Rohr G in die, Ausblasekammer K. In ähnlicher Weise wird durch entsprechende Beeinflussung der Ventile B und C nebst C² der Dampf nötigenfalls der Druckstufe III und IV und dann erst der Ausblasekammer K zugeleitet. Wenn sich Dampfkolben f und Ölkolben k (Fig. 3) von ihrer untersten Lage aus unter dem Einfluß des auf Kolben f' wirkenden Gegendruckes aufwärts bewegen, wird dem durch Rohrstutzen ft zufließenden Drucköl zunächst die Leitung A¹ freigegeben, so daß von hier aus Drucköl zur Betätigung des Doppelventiles A zufließen kann, derart, daß Ventil T geschlossen und R geöffnet wird. Bei weiterem Heben des Kolbens k wird durch Freilegung der Leitung B¹ (Fig. 3) ein Schließen des oberen Ventiles und Öffnen des unteren Ventiles in dem Doppel ventil B herbeigeführt. Dasselbe geschieht durch Rohr C¹ zur Beeinflussung des Doppelventiles C und des einfachen Ventiles C².

' Mit diesen Mitteln läßt sich nun in Abhängigkeit von dem auf den Dampfkolben f einwirkenden Gegendruck bzw. von dem in dem Fabrikationsbetriebe herrschenden Dampfverbrauch

eine selbsttätige Vermehrung oder Verminderung der jeweils arbeitenden Schaufelräder bzw. Druckstufen herbeiführen; denn in dem Maße, wie der Gegendruck steigt und demzufolge der Kolben f gehoben wird, in demselben Maße wird durch Freilegung der Kanäle A¹, B¹, C¹ die Zahl der Druckstufen vermehrt, beim Fallen des Gegendruckes dagegen vermindert, wobei zu. berücksichtigen ist, daß, wenn der

ίο Gegendruck sinkt, also in dem Fabrikationsbetriebe der Dampfverbrauch wächst, die Turbine mehr Dampf verbrauchen muß und demzufolge Druckstufen abzuschalten sind, während bei einem Steigen des Gegendruckes, das gleichbedeutend ist mit einer Verminderung des Dampfverbrauchs im Fabrikationsbetriebe, die Turbine weniger Dampf verbrauchen muß, was durch Hinzuschaltung von Druckstufen erreicht werden kann. Hierbei muß gleichzeitig bei Vermehrung der Druckstufen die Anzahl der arbeitenden Düsen selbsttätig vermindert werden, und umgekehrt bei Verkleinerung der arbeitenden Druckstufenzahl muß sich die Zahl der arbeitenden Düsen selbsttätig vergroßem. Die Menge des durch die Turbine strömenden Dampfes hängt also direkt von der Anzahl der jeweils arbeitenden Düsen ab. Wenn aber durch den Gegendruck einfach nur die Düsenzahl beeinflußt werden sollte, dann würde sich z. B. bei Verminderung der arbeitenden Düsenzahl auch die Leistung der Turbine verkleinern, was durch die vorliegende Turbine nicht erstrebt werden soll. Wenn der Gegendruck nach dem Abschalten der Druckstufen IV, III, II noch weiter sinken sollte, der Dampfverbrauch' im Fabrikationsbetriebe also das Durchschnittsmaximum noch weiter überschreiten sollte, so wird durch den Ölkolben k der Rohranschluß r (Fig. 3) des selbsttätigen Schalters freigelegt, und es wirkt Drucköl auf das in Fig. ι gezeigte Frischdampfventil L, welches normal durch Feder geschlossen gehalten wurde. Bei Beeinflussung durch Drucköl wird das Ventil aber geöffnet, und es tritt mithin Frischdampf so lange in die Ausblasekammer ein, bis der Dampfverbrauch des Fabrikationsbetriebes sich mit dem Dampfdurchgange in der Turbine ausgleicht.

Sollte der Gegendruck in der Ausblasekammer das vorgesehene Maximum überschreiten, der Dampfverbrauch im Betriebe also unter das vorgesehene Minimum sinken, so öffnet sich, wenn die Hinzuschaltung von Turbinenkammern nicht mehr möglich ist, das an der Ausblasekammer befindliche Sicherheitsventil M, durch welches der Dampf eventuell zum Vorwärmen des Kesselspeisewassers abgeht.

Im unteren Teil können die Turbinenkammern, Dampfverteilungskammern sowie die Gegendruckausblasekammer K mit Rohran-Schlüssen r, s, t, u, v, w, x, y zum Anschluß an Kondenstöpfe versehen sein.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Regelung einer Gegendruckdampfturbine, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom Dampfverbrauch des den Abdampf der Turbine benutzenden Fabrikationsbetriebes unter Vermittlung eines unter dem Einfluß des in der Entnahmekammer der Turbine herrschenden Gegendruckes stehenden Turbinenkammerschalters selbsttätig Druckstufen zu- oder abgeschaltet werden, derart, daß die Umlaufzahl der Turbine konstant und die Leistung je nach Bedarf variabel oder konstant ist.

2. Regelung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Ausblasekammer wirkende Gegendruck auf einen federbelasteten Kolben (f) wirkt, dessen Kolbenstange einen zweiten Kolben (k) trägt, der bei der durch Änderung des Gegendruckes eintretenden Verschiebung nacheinander eine Anzahl Leitungen (A¹, B¹, C¹) dem Zufluß von Drucköl aussetzt, derart, daß das durch diese Leitungen weiterfließende Drucköl die die Zu- und Abschaltung der Druckstufen veranlassenden Ventile (A, B, C, C^z) steuert.

3. Regelung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Gegendruckausblasekammer ein besonderes Frischdampfventil (L) angeordnet ist, das ebenfalls unter dem Einfluß des selbsttätigen Turbinenkammerschalters steht, derart, daß bei übermäßigem Sinken des Gegendruckes das Frischdampfventil der Ausblasekammer ebenfalls durch Drucköl geöffnet und so lange für die Zuleitung des Frischdampfes offen gehalten wird, bis der Dampfverbrauch des Fabrikationsbetriebes mit dem Durchgang des Dampfes durch die Turbine wieder übereinstimmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.