Einrichtung zum Antrieb von Kesselhilfsmaschinen. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Antrieb von Kesselhilfsmasehinen in Dampfkraftanlagen mit Überhitzer.
Es ist bekannt, in solchen Anlagen Kessel hilfsmaschinen, z. B. Kessellüfter, durch eine von der gesamten Dampfmenge des Kessels oder dem grösseren Teil derselben durch strömten Hilfsdampfturbine, die dann nur ein geringes Druekgefälle verbraucht, antreiben zu lassen. Eine solche Turbine ist mit der Hauptturbine oder den Hauptturbinen der Anlage in Reihe geschaltet. Eine Einrieh- tung dieser Art hat den Vorteil, dass die in der Hilfsturbine von der jeweiligen Dampf menge ohne jede Regulierung erzeugte Lei stung in vielen Fällen gerade dem Leistungs bedarf der anzutreibenden Kesselhilfsmasehi- nen, z.
B. der Kessellüfter, entspricht, deren Leistungsbedarf mit der dritten Potenz der zu erzeugenden Dampfmenge ansteigt. Das Verhältnis der Dampfmenge (ungefähr pro portional der Brennstoffmenge) zur Luft menge wird dadurch über ein weites Gebiet automatisch konstant gehalten. Dies geschieht ausserdem mit höchster Wirtschaftlichkeit bei allen Belastungen, da das Verhältnis Umdre hungszahl zu Dampfgesehwindigkeit stets kon stant ist.
Nun ist es einerseits wegen der Kessel bauart häufig unmöglich, die verschiedenen Lüfter gemeinschaftlich anzutreiben, wäh rend anderseits der Wunsch besteht, die Un abhängigkeit von allgemeinen, immer der Stö- rung ausgesetzten, elektrischen Netzen auch auf die übrigen, wichtigen Kesselhilfsmaschi- nen auszudehnen.
U m dieses Problem zu lösen, treibt nun gemäss der Erfindung die Hilfsturbine min destens einen Generator an, der Motoren zum Antrieb mindestens eines Teils der Kesselhilfs- maschinen speist. Eine solche Einrichtung bringt unter anderem folgende Vorteile mit sieh cri Die Hilfsturbine lässt sieh unabhängig von den von ihr anzutreibenden Hilfsmaschi nen mit ganz kurzer Dampfleitung (die ja die volle Dampfmenge führen mussa) aufstellen; b) im regulären Betrieb völlige Unabhängig keit vom Netz, also Freiheit von einer Hausturbine, von einem Hilfsgenerator odern ähnlichen Einrichtungen;
c) ohne fühlbare Zusatzaufwendung ist das Anfahrproblem gelöst und eine Reserve umstellung auf das Netz möglich.
Auf den beiliegenden Zeichnungen sind zwei beispielsweise Ausführungsformen von Einriehtungen nach der Erfindung in ver einfachter Darstellungsweise veranschaulicht, und zwar zeigt Fig.1 eine Einrichtung, bei der die in Serie geschaltete Hilfsturbine über ein Ge triebe einen Generator antreibt, der die An triebsmotoren von vier Kesselhilfsmaschinen, die sich auch an ein elektrisches Netz an schliessen lassen, speist, und Fig. 2 zeigt eine in bezug auf Fig. 1 in ver schiedener Hinsicht abgeänderte, weitere Aus führungsform.
In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Kessel, 2 einen Vor- und 3 einen Nachüberhitzer. In dem Überhitzer 2, 3 wird der im Kessel 1 erzeugte Dampf auf eine vorgeschriebene Endtempera- tur gebracht, worauf er sich in einer Haupt turbine 4 unter Leistungsabgabe an einen Generator 5 entspannt. Zwischen die zwei Teile 2, 3 des Überhitzers ist eine zur Haupt turbine in Serie geschaltete Hilfsturbine 6 ge legt, die über ein Getriebe 7 einen Dreh stromgenerator 8 antreibt. Dieser Generator 8 speist vier Drehstrommotoren in Kurzschluss ausführung 9, 10, 11 und 12 zum Antrieb von vier nicht gezeigten Kesselhilfsmaschien, nämlich eines Saugzuges bzw. eines Zweitlüf ters, eines Kohlenzuteilers und einer Umwälz pumpe.
Mittels eines Schalters 13 lassen sich die erwähnten Drehstrommotoren 9, 10, 11 und 12 für Anfahr- und Reservezwecke auch an ein elektrisches Netz 14 schalten. 15 be zeichnet einen der Hilfsturbine 6 zugeord neten Bypass, in den ein einstellbares Absperr organ 16 eingebaut ist.
Soll der Vorteil der völligen Selbstrege lung des Verhältnisses von Brennstoff (bzw. Dampf) zu Luft bei allen Belastungen erhal ten bleiben, so dürfen nur solche Antriebe an das Netz des von der Hilfsturbine angetrie benen Generators bzw. der von ihr angetrie benen Generatoren angeschlossen werden, die einen mit der dritten Potenz der Kessellei stung fallenden Energiebedarf haben, oder solche mit anderer Charakteristik müs sen einen so kleinen Bedarf haben, dass dieser das Ganze nicht fühlbar stört. Zu Antrieben ersterer Art gehören ausser Zweitlüftern und Saugzugventilatoren noch die Umwälzpumpen von Lamont Kesseln, bei denen die Drehzahländerung bisher nicht üblich war, wo sie aber bei rich tiger Bemessung ohne weiteres zulässig ist und fühlbare Ersparnisse bringt.
Bei allen diesen Antrieben erreicht man die Drehzahl änderung mit einfachen Kurzschlussmotoren, da deren Umdrehungszahl völlig automatisch derjenigen eines von der Hilfsturbine ange triebenen Drehstromgenerators folgt. Auf diese Weise lässt sich der denkbar wirtschaft lichste Antrieb solcher Hilfsmaschinen bei allen Belastungen erreichen.
Als weitere Antriebe der erwähnten Arten kommen die für die Brennstoffzufuhr in Be tracht, also z. B. die Motoren für die Kohlen zufuhr, den Rostantrieb, die Kohlen- oder Staubzuteiler. Zwar ändert der Leistungs bedarf dieser Antriebe nicht mit der dritten Potenz (er ist jedoch klein), aber die Kohlen menge ist der Drehzahl etwa proportional, also scheinbar gerade das Notwendige. Hier greift aber die Erkenntnis Platz, dass ein sol ches System labil wäre. Man muss also ent weder einen Antriebsmotor haben, dessen Drehzahl von der zugeführten Spannung bzw. Periodenzahl unabhängig ist oder sich min destens mit ihr weniger als proportional än dert, oder man muss eine Regelung einfüh ren, welche auf eine weniger als proportionale Änderung der Drehzahl. der Einrichtung zur Brennstoffzufuhr hinwirkt.
Bei der Beschrei- t-Lung des ersten Weges bietet sich der Gleieh- strom-Nebenschlussmotor, der über Gleieh- richter oder von einem auf der Welle der Hilfsturbine gelegenen Gleichstromgenerator angetrieben sein kann, als bekanntes Mittel dar. Hierbei kann die Unabhängigkeit der Drehzahl des Nebenschlussmotors von der Spannung im Sinne einer weniger als pro portionalen Änderung durch entsprechende Wahl der Sättigung beeinflusst werden.
Als Gleichstromgenerator kann auch die Erreger maschine, des Drehstromgenerators verwendet werden, die sowieso auf etwa konstante Span nung nachzuregeln ist; in diesem Falle erhal ten die Gleichstrommotoren keine wechselnde Spannung. Bei der Beschreitung des zweiten Weges kann man an Wechselstrom-Kollektor- motoren oder an Asynchronmotoren -unter Einschaltung eines Flüssigkeitsgetriebes den ken, wobei eine Regelung einzugreifen hat.
Diese Regelung kann auf einen konstanten oder schwach abfallenden Drehzahlwert: steuern, und ihr jedesmaliger Sollwert kann vom Hauptkesselreglerimpuls naclhreguliert werden.
Bei Kohlenstaubkesseln mit Zwischenbun- kerung kommt noch ein Trägerluftventilator hinzu; bei kleinem Leistungsbedarf kann in diesem Falle die gleiche Antriebsanordnung wie für den Zuteiler Anwendun g finden, ebenso auch für den Unterwind der Rost kessel. Meist bringt aber dieser fast. kon stante Leistungsbedarf zuzüglich der auch nicht mit der dritten Potenz fallenden elek trischen Verluste eine Störung des Gleich- gewiehtes zwischen Energieerzeugung und Leistungsbedarf bei Teillast hervor.
Eine von einem geeigneten Impuls angeregte Düsen steuerung würde die Frage ohne weiteres lö sen; damit wäre aber die Turbine fühlbar verteuert und der Vorteil der völligen appa ratelosen Automatik eingeschränkt. Eine Lö sung ohne besondere Steuerung liegt darin, einen Bypass, welcher als Schnellschluss in Verbindung mit der Hilfsturbine sowieso nö tig ist, so auszubilden, dass er bei hoher Dreh zahl ein wenig öffnet. Zusätzliche Anlage kosten entstehen dann nicht, aber die Wirt schaftlichkeit wird etwas vermindert. Ein sol cher Bypass kann zweckmässig so ausgebildet sein, dass er hei fehlendem Öldruck in einem Lager der Hilfsturbine öffnet und so auch als Sieherheitseinriehtung dient.
Vermittels eines Reglers kann der Bypass zudem in bezug auf die Hilfsturbine zum genauen Ausgleich von Leistungserzeugung und Leistungsbedarf dienen. Auch kann der ölbetätigte Bypass dazu dienen, bei Überschreitung der Höchstdreh zahl der Hilfsturbine vor der Auswirkung des Schnellschlusses die Leistung der Hilfsturbine durch teilweises Öffnen zu begrenzen.
Eine einfache Lösung ohne Regelung er gibt sich auch, wenn man den Dampf, der stets aus einer Zwischenanzapfung der Hoch- druckstopfbüehse der Hilfsturbine abgeführt werden muss, in eine kleine, raschlaufende zu- sätzlielhe Hilfsturbine leitet, welche die feh lende Leistung bei Teillast (nur wenige Pro zent der Vollast) zu der Leistung der ersten Hilfsturbine zugibt. Dabei lässt sieh die zur Fixierung und zum Ausgleich der Drücke an bestimmten Stellen der genannten Stopfbüchse erforderliche Verbindung zu einem Zwischen drucknetz, z. B. zu einem Regenerativ-Speise wasservorwärmesystem, ohne weiteres auf rechterhalten.
Fig. 2 zeigt eine Einrichtung, in der ver schiedene der vorstehend besprochenen Ge sichtspunkte verwirklicht sind. In dieser Fi gur bezeichnet 20 einen Kessel, 21 einen Vor- und 22 einen Nachüberhitzer. Zwischen die zwei Überhitzerteile 21 und 22 ist eine zur Hauptturbine in Serie geschaltete Hilfstur bine 23 gelegt, die über ein Getriebe 24 einen Drehstromgenerator 25 antreibt.
An diesen Generator 25 lassen sich mittels eines Schal ters 26 drei Drehstrommotoren 27, 28 und 29 in Kurzschlussausführung schalten, von denen der Motor 27 zum Antrieb eines nicht gezeig ten Saugzugventilators, der Motor 28 zum An trieb eines nicht gezeigten Zweitlüfters und der Motor 29 zum Antrieb einer nicht geeig- ten Umwälzpumpe dient. Die 'Motoren 27, 28, 29 lassen sich für Zwecke des Anfahrens und der Reserve über ein Schalter 30 auch an ein elektrisches Netz 31 anschliessen.
Von der gleichen Hilfsturbine 23 aus wird auch ein auf derselben Welle wie der Genera- tur 25 sitzender Gleichstromgenerator 32 an getrieben. An diesen Generator 32 sind<I>zwei</I> Motoren 33 und 3-1 angeschlossen, von denen der erstere zum Antrieb eines nicht gezeigten Kohlenzuteilers und der andere zum Antrieb eines nicht gezeigten Primärlüfters dient.
Im weiteren bezeichnet 35 einen der Hilfs turbine 23 zugeordneten Bypass, in den ein einstellbares Regulierorgan 36 eingebaut ist. 37 bezeichnet die Iloehdruekstopfbüehse der Hilfsturbine 23, die durch zwei Leitungen 371, 37= an ein nicht gezeigtes Regenerativ=Speise- wasservorwä.rmesystem angeschlossen ist. 39 bezeichnet eine zusätzliche Hilfsturbine, die auf ein zusätzliches Ritzel -I0 des Getriebes 24 arbeitet.
Der Arbeitsdampf dieser Hilfs turbine 39 lä.sst sieh über eine Leitung 38 in solcher regelbarer Menge der Hochdruck stopfbüchse 37 entnehmen, dass sich mit Hilfe dieser zweiten Hilfsturbine ein voller Aus gleich zwischen der Leistungserzeugung der Hilfsturbine 23 und dem Leistungsbedarf der Motoren 27, 28, 29, 33 und 34 bei Teillast der Anlage erreichen lässt.
Man kann auch die Kämme der Hoch- druckstopfbüehse der zur Hauptturbine in Serie geschalteten Hilfsturbine teilweise durch eine Anzahl von Schaufelreihen kleinsten Ausmasses ersetzen, welche den durch diese Stopfbüchse leckenden Dampf zur Erzeugung einer Zusatzleistung in bezug auf diese Hilfs turbine auszunutzen gestatten, wobei der Wir kungsgrad allerdings schlecht ist.
Kommen Einblasemühlen zur Anwendung, so lassen sich diese, die ja mur wenig in der Drehzahl schwanken dürfen, in der gleichen Weise antreiben, nur wird der Stopfbüchsen abdampf dann meist nicht mehr ausreichen; anstatt Dampf von der Hochdruckstopfbüchse in ein Zwischendrucknetz abzugeben, wird dann solcher aus diesem Netz noch der zweiten Hilfsturbine zugeführt werden müssen. Eine genaue Bemessung ist hierbei notwendig; ebenso muss eine Einstellmöglichkeit vorhan den sein.
Allenfalls kann nur ein Teil der Motoren für die Kesselhilfsmaschinen an den von der Hilfsturbine angetriebenen Generator angeschlossen sein, während der Rest je ner Hilfsmaschinen, zum Beispiel die Lüfter, mechanisch von der Hilfstur bine aus angetrieben werden kann, wobei sich der als Motor für asynchronen Anlauf eingerichtete, atü der gleichen Welle wie die Hilfsturbine und die Lüfter sitzende Genera tor für Zwecke des Anfahrens und der Re serve mitverwenden lässt. - Auch kann die erwähnte zweite Hilfsturbine, die Arbeits dampf aus der Hochdruckstopfbüchse der in Serie geschalteten Hilfsturbine erhält, direkt einen Generator für gewisse Antriebe von Kesselhilfsmaschinen, z. B. von Mühlenmoto ren, ohne mechanische Verbindung mit der Serienturbine antreiben.
Die in Fig.2 gezeigte Verwendung eines Gleichstromgenerators, der von der in Serie geschalteten Hilfsturbine angetrieben wird, lässt sich auch bei einer Anordnung nach Fig. 1 vorsehen. Bei Verwendung von Einblasemühlen und andern Leistungsverbrauchern mit fester Drehzahl können solche Verbraucher auch an eine besondere, z. B. in ein Regenerativ-Vor- wärmesystem eingeschaltete und Stopfbüch- senleckdampf verarbeitende Dampfturbine an geschlossen sein.