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Dampfturbinenanlage mit Wärmespeicher Vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Dampfturbinenanlage mit Wärmespeicher. Es ist bekannt, einen Speicher
zwischen einer Stufe der Frischdampfturbine und einer Niederdruckstufe, die von
dem unmittelbar aus den höheren Druckstufen kommenden Dampf umgangen wird, derart
anzuordnen, daß der aus einer Z«zschenstufe der Dampfturbine entnommene Dampf vor
seiner Zuführung zum Speicher gänzlich oder teilweise zur Arbeitsleistung in einer
Hilfsturbine herangezogen wird.
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Eine derartige Anordnung hat verschiedene Nachteile. Der Druck in
der Radkammer, aus der der für den Speicher bestimmte Dampf entnommen wird, ist
der durch den Niederdruckteil der Hauptturbine fließenden Dampfmenge, also auch
näherungsweise der Belastung der Hauptturbine ungefähr proportional. Sinkt diese
unter einen bestimmten Wert, so sinkt der Druck in der Entnahmekammer unter den
im Speicher herrschenden Druck. Also ist gerade in der Zeit, in der viel überschüssiger
Dampf zur Verfügung steht, ein Laden des Speichers nicht möglich. Außerdem muß eine
Turbine nach dieser Anordnung immer eine teure Spezialturbine sein, eine vorhandene
normale Turbine läßt sich nicht derart umbauen, daß sie entsprechend der bekannten
Anordnung betrieben werden könnte.
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Die vorliegende Erfindung will diese Nachteile dadurch vermeiden,
daß sie den zu speichernden Dampf in an sich bekannter Weise unmittelbar aus der
Frischdampfleitung entnimmt, und daß parallel zur Ladeleitung zwischen Frischdampfleitung
und Speicher eine besondere, nur während der Ladezeit beaufschlagte Gegendruckturbine
derart geschaltet wird, daß der Speicher entweder durch Abdampf der Gegendruckturbine
oder durch Frischdampf aus der Frischdampfleitung oder durch beide Dampfarten gleichzeitig
geladen werden kann. Wenn, die Gegendruckturbine auf die Welle der Hauptturbine
unmittelbar oder durch ein Vorgelege arbeitet, so erhält die Gegendruckturbine stets
Ladedampf, selbst wenn die Turbine vollständig entlastet ist, indem dann der Leerlauf
beider Turbinen von der Gegendruckturbine bestritten wird. Die Anordnung gemäß der
Erfindung hat auch den Vorteil, daß als Gegendruckturbine eine solche normaler Bauart
verwendet werden kann; auch die Hauptturbine kann eine bekannte, für gleichzeitige
Zuführung von Frisch- und Speicherdampf eingerichtete Turbine sein; in vielen Fällen
lassen sich auch normale Kondensationsturbinen, namentlich solche mit Düsenregelung
oder solche, bei denen an irgendeiner Stufe ein für Zufuhr oder Entnahme von Dampf
bestimmter Stutzen vorhanden ist, mit geringen Kosten für einen Betrieb gemäß der
Erfindung umbauen.
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Als Beispiel sei eine Turbinenanlage nach Patent 386 879 gewählt,
bei der die Hauptturbine sowohl Frischdampf als auch Speicherdampf
verarbeiten
kann. Abb. i zeigt die Dampfmengen in der Zeiteinheit abhängig von der Zeit aufgetragen,
Abb.2 eine schematische Darstellung der Schaltung. Die Betriebsweise einer derartigen
Anlage gemäß der Erfindung ist folgende: Die Linie A-M-N-C-E sei die konstant gedachte
Dampflieferung G. der Dampfquelle q,
z. B. einer Dampfkesselanlage. Die gebrochene
Linie A-B-C-D-E sei die von der Turbinenanlage in der Zeite'mheit entsprechend der
jetveiligen Belastung verbrauchte Dampfmenge G. Zur Zeit o sei gerade G=G,"; hierbei
fließt die gesamte vom Kessel g gelieferte Dampfmenge G," durch das Regelventil
u zur Hauptturbine t und von dort durch den Kondensator k, in dem
sie .niedergeschlagen wird, als Kondensat in Kondensatsammelleitung 1. Die Ventile
v, w, x und y sind hierbei geschlossen, während das Ventil z geöffnet ist, so daß
die mit der Hauptturbine gekuppelt gedachte Gegendruckturbine g leer im Vakuum mitläuft.
In der Zeit o bis 2 sinke der Dampfbedarf der Turbinenanlage bis auf einen Mindestwert
2B, wobei sich das Ventil u allmählich schließe. Da in dieser Zeit die Dampflieferung
Qm größer als der Dampfbedarf G ist, muß ein Teil von G"" dem -Speicher zur späteren
Wiederverwendung zugeführt werden, und zwar gemäß der Erfindung zunächst in seiner
Gänze. durch Ventil v, Gegendruckturbine g und Ventil w hindurch. Das Ventil z muß
hierbei geschlossen sein. Die Gegendruckturbine erzeugt hierbei einen Teil der von
der Turbinenanlage geforderten Leistung, und von der gelieferten Dampfmenge G,"
fließt der Teil Glt durch die Hauptturbine t in den Kondensator und der Rest G.
- Gk durch die Gegendruckturbine g in den Speichers. Da aber das Gefälle
der Gegendruckturbine wesentlich (beispielsweise um 70 %) kleiner ist als das Gefälle
der Hauptturbine und außerdem die G.egendruckturbine wegen ihrer kleineren Leistung
einen schlechteren Wirkungsgrad als die Hauptturbine hat, erzeugt die Dampfmenge
G," - Gk in der Gegendruckturbine eine wesentlich (beispielsweise um
7.5 0/0)
kleinere Leistung, als sie in der Hauptturbine erzeugen würde. Durch
die infolge der Leistung der Gegendruckturbine eintretende Entlastung der Hauptturbine
wird das Ventil u vom Regler weiter geschlossen, das Ventil v weiter geöffnet und
die Dampfmenge G," - Gk weiter vergrößert, bis sich schließlich ein Beharrungszustand
derart einstellt, daß die Summe der von der Dampfmenge Gk in der Hauptturbine und
der von der Dampfmenge G," - Gk in der Gegendruckturbine erzeugten Leistungen
gleich der Belastung der Turbinenanlage ist. Wäre keine Gegendruckturbine vorhanden,
so würde dieDampfmenge G durch die Hauptturbine in den Kondensator und G," - G in
den Speicher fließen. je tiefer die Belastung der Turbinenanlage sinkt, um so mehr
Dampf Cm - Gk fließt durch die Gegendruckturbine g, und um so größer wird
ihr Anteil an der ganzen Turbinenleistung, bis schließlich zur Zeit i die Gegendruckturbine
g allein. die ganze Leistung der Turbinenanlage übernimmt und die gesamte gelieferte
.Dampfmenge G," durch sie hindurchfließt. Die Hauptturbine t läuft hierbei leer
mit, und Ventil u ist ganz geschlossen. Von der geringen Dampfmenge, die zur Verhütung
des Lufteintrittes und zur Abführung der Radventilation die Hauptturbine t durchströmen
muß, ist hierbei abgesehen. In der Zeit o bis i ist also die Dampfmenge o A i in
den Kondensator geflossen, während die Dampfmenge A i M im Speicher
a aufgespeichert worden äst. In der Zeit i bis 2 sinke die Belastung der
Turbinenanlage weiter bis auf ,einen Mindestwert. In dieser Zeit würde die gesamte
gelieferte Dampfmenge G", in der Gegendruckturbine g mehr Leistung erzeugen, als
gefordert ist. Infolgedessen schließt sich das Ventil v etwas, während sich Ventil
x allmählich .öffnet, so daß der Teil des gelieferten Dampfes, der zur Erzeugung
der geforderten Leistung in der Gegen.-druckturbine -nicht nötig ist, durch die
Leitung a und das Ventil x unmittelbar in- den Speicher s strömt.
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In der Zeit 2 bis ¢ findet derselbe Vorgang wie in der Zeit o bis
2 statt, nur in umgekehrter Reihenfolge.
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Zur Zeit 4 ist wieder der Anfangszustand vorhanden, bei dem der Dampfverbrauch
der Hauptturbine t gleich der gelieferten Dampfmenge G," ist. Hierbei sind wieder
die Ventile u und z offen, während die Ventile v, w, x und y geschlossen
sind.
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In der Zeit 4 bis 6 sei die Belastung der Turbinenanlage so groß,
daß die gelieferte Dampfmenge G" nicht mehr ausreicht. In dieser 'Zeit öffnet sich
in bekannter Weise Ventil y und läßt dem Dampfmehrbedarf einer beliebigen Stufe
oder nacheinander beliebigen Stufen der Hauptturbine t, in denen der Dampfdruck
niedriger als im Speicher ist, zuströmen.
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Die gesamte, in der Zeit o bis 6 in den Kondensator geflossene Dampfmenge
wird durch die Summe der Flächen o A i und 3 0 4, die gesamte, in den Speicher geflossene
Dampfmenge durch die Fläche i A M N C 3
dargestellt. Diese Fläche ist angenähert
gleich der dem Speicher entnommenen Dampfmenge, die durch die Fläche C D
E dargestellt ist.
Wäre keine Gegendruckturbine vorhanden, so wäre
in den Kondensator die durch die Fläche o A B C 4 dargestellte Dampfmenge
während der Ladezeit in den Kondensator geflossen, und in den Speicher wäre nur
die durch die Fläche A M N C E dargestellte Dampfmenge geflossen. Da diese
Fläche wesentlich kleiner als die Spitzenfläche C D E
ist, hätte
sie zur Deckung der Spitze nicht ausgereicht; die vom Kessel zu liefernde Dampfmenge
hätte also größer als Qm sein müssen.
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Die Arbeitsweise nach der Erfindung hat also gegenüber den bekannten,
Arbeitsweisen ohne Gegendruckturbine .den Vorteil, daß die zum-Laden des Speichers
verwendete Dampfmenge auch während der Ladezeit zum Teil zur Energieerzeugung herangezogen
-wird, so daß der gesamte Frischdampfverbrauch niedriger und die in den Kondensator
fließende Dampfmenge kleiner wird.
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Die beiden Turbinen t und g können auf getrennten Wellen, aber auch
auf einer gemeinschaftlichen Welle arbeiten.