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Hydraulische Gleichwertregelung für Entnahme- und Doppelentnahme-Dampfturbinen
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Gleichwertregelung für Entnahme- und Doppelentnahme-Dampfturbinen,
bei der der Geschwindigkeitsregler und der bzw. die Druckregler den Druck der die
Stellung der Regelventile beeinflussenden Flüssigkeitsstränge einstellen.
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Unter einer Gleichwertregelung für Entnahme- und Doppelentnahme-Dampfturbinen
versteht man eine Regelung, bei der der Entnahmedruck bei Leistungsänderungen und
die Drehzahl bei Entnahmeänderungen nahezu auf gleichem Wert gehalten werden. Bei
Parallelbetrieb mit einem Netz wird die Leistung gleichgehalten, wenn sich die Entnahme-
oder Abdampfmenge ändert. Es ist bereits bekannt, bei Gestängeregelungen mehrere
Regler und die Regelventile so miteinander zu verbinden, daß die nicht gewünschte
Änderung der am Regelvorgang eigentlich nicht beteiligten Regelgröße unterbleibt
und sie ihren gleichen Wert behält. Solche mechanischen Gleichwertregelungen sind
mit Gestängereibung behaftet. Sie verlangen kräftige Regelorgane, wenn die Regelung
empfindlich sein soll. Die bei ihnen vorhandenen vielen Drehpunkte ergeben einen
beträchtlichen toten Gang, der in Verbindung mit Hebeldurchbiegungen zu übergroßen
Hüben zwingt, wohingegen die Druckfühler nur verhältnismäßig kleine Hübe ergeben.
Diese müssen wieder durch Zwischengestänge vergrößert werden, um das
eigentliche
Regelgestänge aussteuern zu können. Durch das Zwischengestänge entstehen aber wieder
zusätzliche Reibung und zusätzliches Spiel, wodurch die Regelung im vergrößerten
Maße unempfindlich und instabil wird. Die Verstellkraft des Fühlers sinkt dabei
entsprechend dem umgekehrten Hubvergrößerungsverhältnis. Es ist dies ein weiterer
Nachteil, den man mitunter durch Einschaltung eines Verstärkerrelais zu beseitigen
sucht.
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Man ist daher zu hydraulischen Gleichwertregelungen übergegangen.
Bei ihnen wird die Gleichwertregelung dadurch erzielt, daß zwischen den Reglern
und den Ventilgruppen Druckwandler eingeschaltet sind, die die von den Reglern unmittelbar
gesteuerten Öldrücke entsprechend den Bedingungen der Gleichwertregelung umwandeln
und Sekundärdrücke erzeugen, die auf die betreffenden Ventilgruppen wirken. Hierbei
werden die notwendigen Ventilbewegungen qualitativ durch Anschluß aller Regler an
jeden einzelnen Druckwandler erreicht, wobei deren Einflüsse sinngemäß summiert
werden. Die notwendige quantitative Ventilbewegung wird durch entsprechende Bemessung
der zur Aufnahme der von den Reglern gesteuerten Impulsdrücke an den Druckwandlern
angebrachten gestuften Kolben erzielt.
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Ein solcher Druckwandler macht die Regeleinrichtung wegen des Erfordernisses
von Primär- und Sekundärdrücken und der daher erforderlichen großen Zahl von Rohrleitungen
im Aufbau umständlich und teuer.
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Um den Druckwandler entfallen zu lassen, wird gemäß der Erfindung
vorgeschlagen, die für jede Regelventilgruppe (Hochdruck-, Mitteldruck- und gegebenenfalls
Niederdruckventile) gesondert vorgesehenen Flüssigkeitsstränge mit von allen Reglern
direkt gesteuerten Ablauföffnungen zu versehen und den Vordruck, die Zulaufblenden
und die Größen der rechteckigen Ablauföffnungen so zu wählen, daß zwischen der Hubänderung
irgendeines der Regler und der durch ihn jeweils bewirkten Druckänderung in jedem
einzelnen Flüssigkeitsstrang ein lineares Verhältnis besteht, und außerdem das Größenverhältnis
der Ablauföffnungen und die Wirkungsrichtungen der Regler auf die zur Erfüllung
der Gleichwertbedingungen erforderlichen bekannten Druckverhältnisse in den Flüssigkeitssträngen
abzustimmen.
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Erläuternd wird hierzu noch bemerkt, daß das lineare Verhältnis zwischen
der Hubänderung irgendeines der Regler und der durch ihn jeweils bewirkten Druckänderung
in jedem Flüssigkeitsstrang für die Dauer der Hubänderung eines anderen Reglers
unterbrochen wird, um dann auf einer Linie anderen Druckes fortgesetzt zu werden.
Das bedeutet, daß die wirksame gesonderte Ablauffläche jedes Flüssigkeitsstranges
unabhängig davon, durch. welchen Regler jeweils eine Änderung des gesonderten Ablaufquerschnittes
bewirkt wird, in einem linearen Verhältnis zu der hierdurch erzielten Steuerdruckänderung
steht.
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Die Wirkung, die bei einer Gestängeregelung durch die verschiedenen
Längenverhältnisse der von dem Regelorgan betätigten Gestängehebel erzielt wird,
ist bei der hydraulischen Gleichwertregelung gemäß der Erfindung ersetzt durch eine
entsprechende Bemessung (Breite mal Höhe) der rechteckig ausgebildeten, von den
Reglern direkt gesteuerten Ablauföffnungen der Flüssigkeitsstränge der Regelventilgruppen.
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In der Zeichnung sind drei hydraulische Gleichwertregelungen gemäß
der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar in Abb. x für eine Anzapfturbine,
in Abb. 2 für eine Doppelanzapfturbine, in Abb. 3 für eine Anzapf-Gegendruckturbine.
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Die in Abb. i dargestellte Regelung besteht aus einem auf das Hochdruckdampfventil
HD einwirkenden Flüssigkeitsstrang (vorzugsweise Ölstrang) St I und einem auf das
Niederdruckventil ND einwirkenden Flüssigkeitsstrang St II. Beide Flüssigkeitsstränge
werden über je eine Blende BI mit Öl konstanten Vordruckes gespeist. Der HD-Flüssigkeitsstrang
St I hat die beim gezeigten Beispiel in Zylindern Z I und Z II vorgesehenen
Abläufe B und D und der ND-Flüssigkeitsstrang die Abläufe A und C.
Der vom Drehzahlregler DR betätigte Schieber SR verändert die Größe der Abläufe
A und B, während der Schieber SE, der vom Entnahmedruckregler ER betätigt
wird, die Größe der Abläufe C und D verändert. Infolge der sich einstellenden Druckdifferenzen
in den Flüssigkeitssträngen werden die federbelasteten Kolben KH bzw. KN entsprechend
verschoben. Diese bringen über einen HD-Servomotor bzw. ND-Servomotor die Dampfventile
HD und ND in die dem Steuerimpuls entsprechende Stellung.
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Die Wirkungsweise dieser Regelungseinrichtung ist wie folgt: Die Maschine
gebe eine bestimmte mechanische Leistung ab. Außerdem werde eine bestimmte Dampfmenge
entnommen. Sinkt z. B. der Entnahmedampfdruck infolge vergrößerten Verbrauchs, dann
zieht der Entnahmeregler ER den Schieber SE nach oben. Dadurch werden der Ablauf
C vergrößert und der Ablauf D verkleinert. Dies hat zur Folge, daß der Druck im
HD-Flüssigkeitsstrang St I steigt und die HD-Ventile geöffnet werden, so daß mehr
Dampf in die Turbine treten kann. Gleichzeitig sinkt der Druck im ND-Flüssigkeitsstrang
St II, so daß sich die ND-Ventile etwas schließen. Es strömt also jetzt mehr Dampf
durch die Entnahmeleitung. Die mechanische Leistung ist gleichgeblieben, weil dem
größeren Dampfdurchsatz des HD-Teiles der verkleinerte des ND-Teiles gegenübersteht.
- Steigt dagegen der Entnahmedruck, dann arbeitet die Regelung umgekehrt.-Ändert
sich bei gleichbleibendem Entnahmedampfverbrauch die mechanische Leistung, dann
wird vom Drehzahlregler DR der Schieber SR verschoben, so daß die Abläufe
A und B entweder bei sinkender Last beide vergrößert oder bei steigender
Last beide verkleinert werden. Dadurch sinken oder steigen die Flüssigkeitsdrücke
beider Flüssigkeitsstränge, weshalb die HD- und ND-Ventile gleichsinnig zu- oder
aufmachen. Es werden in jedem Ventil gleiche Dampfmengen ab- oder zugeschaltet,
wodurch die Entnahmemenge gleichbleibt.
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Die in Abb. 2 dargestellte hydraulische Gleichwertregelungseinrichtung
für eine Doppelanzapfturbine unterscheidet sich von der Regelungseinrichtung nach
Abb. i dadurch, daß ein zusätzlicher, dritter Flüssigkeitsstrang und zwei Entnahmedruckregler
vorgesehen
sind, die auf die drei Flüssigkeitsstränge einwirken.
Der Flüssigkeitsstrang St I wirkt auf das Hochdruckventil HD, der Flüssigkeitsstrang
St II auf das Mitteldruckventil MD und der Flüssigkeitsstrang St III auf
das Niederdruckventil ND. Die Flüssigkeitsstränge werden über Blenden BI
mit Flüssigkeit bzw. Öl konstanten Druckes versorgt.
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Der Drehzahlregler DR und die EntnahmereglerER I und ER 1I betätigen
je einen Kolbenschieber SR bzw. SU oder SE, der die Größe der Ablauföffnungen seines
Steuerzylinders mehr oder weniger verändert. Jeder Schieberstellung entspricht ein
bestimmter Flüssigkeitsdruck in den Flüssigkeitssträngen. jeder Flüssigkeitsstrang
steht mit einem federbelasteten Kolben KH bzw. KM oder KN in Verbindung, der über
einen der besseren Übersicht wegen nicht gezeichneten Servomotor das zu dem entsprechenden
Flüssigkeitsstrang gehörende Ventil betätigt.
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Die in Abb. 2 dargestellte hydraulische Gleichwertregelung für Doppelanzapfturbinen
arbeitet wie folgt: Die Turbine gebe außer einer bestimmten mechanischen Leistung
die Dampfmengen D i und D 2 ab; steigt die Leistung, dann verschiebt
der Drehzahlregler DR den Schieber SR, so daß die Abläufe A, B
und C kleiner
werden. Es entsteht dadurch in allen Flüssigkeitssträngen St I, St II, St III eine
bestimmte Druckzunahme, wodurch von jedem der drei Dampfventile, die einen der Volumenzunahme
entsprechenden unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, eine gleiche Dampfmenge
zugeschaltet wird. Sinkt die Leistung, dann werden gleiche Mengen abgeschaltet.
Die Entnahmedampfmengen D i und D 2 bleiben dabei konstant. Steigt
der Verbrauch D i, dann sinkt der Dampfdruck, wodurch der Entnahmeregler ER I den
Schieber SU nach oben zieht und die Abläufe G und H vergrößert, das
Fenster J aber verkleinert. Der steigende Flüssigkeitsdruck im HD-Flüssigkeitsstrang
St I öffnet deshalb die HD-Dampfventile, während durch den sinkenden Flüssigkeitsdruck
in den MD-und ND-Strängen St II und St III die Mitteldruck-und Niederdruck-Dampfventile
etwas geschlossen werden. Dadurch bleiben die mechanische Leistung und die Entnahmemenge
D 2 konstant, während die Entnahmedampfmenge D i entsprechend der Dampfanforderung
vergrößert wird.
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Wird die Entnahmedampfmenge D 2 vergrößert, dann zieht der Entnahmeregler
ER II durch den sinkenden Dampfdruck den Schieber SE nach oben. Die Abläufe
E und F werden dadurch verkleinert und der Ablauf D vergrößert. In den HD- und MD-Flüssigkeitssträngen
St I und St II steigt dadurch der Flüssigkeitsdruck, während er im ND-Flüssigkeitsstrang
St III fällt. Es öffnen sich also die HD- und MD-Dampfventile, während die ND-Dampfventile
etwas schließen. Die mechanische Leistung und die Entnahmedampfmenge Z) i
bleiben dabei konstant, während die Entnahmedampfmenge D 2 entsprechend der Dampfanforderung
vergrößert wird.
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Werden die Entnahmedampfmengen verkleinert, dann arbeitet die Regelung
im umgekehrten Sinne. Die in Abb. 3 dargestellte hydraulische Gleichwertregelungseinrichtung
für eine Anzapfgegendruckturbine besteht aus einem die Einstellung des nicht dargestellten
Hochdruckventils über den Hochdruckventil-Stellmotor HDS veranlassenden Flüssigkeitsstrang
St I und einem getrennt von diesem angeordneten, die Einstellung des nicht
dargestellten Niederdruckventils über den Niederdruckventil-Stellmotor NDS veranlassenden
Flüssigkeitsstrang St II. Beide Flüssigkeitsstränge werden über je eine BlendeBl
mit Öl konstanten Vordruckes gespeist. Der Druck des die Einstellung des Hochdruckventil-Stellmotors
HDS veranlassenden Flüssigkeitsstranges St I wird von dem Drehzahlregler
DR, dem Entnahmedruckregler ER und dem Gegendruckregler GR beeinflußt, während der
Druck des die Einstellung des Niederdruckventil-Stellmotors NDS veranlassenden Flüssigkeitsstranges
St II von dem Drehzahlregler DR und dem Gegendruckregler GR gesteuert wird. Zur
Umwandlung der Steuerdrücke in Bewegung dienen die federbelasteten Kolben KH und
KN, die entsprechend der auf ihnen lastenden Öldrücke die Steuerschieber des Hochdruckventil-StellmotorsHDS
bzw. des Niederdruckventil-Stellmotors NDS einstellen.
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Anzapfgegendruckturbinen geben eine dem Dampfdurchsatz entsprechende
Leistung ab. Deshalb steht der Drehzahlregler - ist die Turbine im Betrieb - in
Vollaststellung, wodurch die Abläufe A und B verschlossen sind. Steigt
z. B. infolge verringerten Verbrauches der Gegendruck, dann verschiebt der Gegendruckregler
GR den Steuerschieber SG so, daß die Ablauffenster D und E größer werden, wodurch
eine Druckabsenkung in den beiden Steuerkreisen entsteht. Die beiden Kolben KH und
KN schließen dadurch über die Stellmotoren HDS und NDS die Hochdruck-und
Niederdruckventile so weit, bis die gewünschte Gegendruckmenge erreicht ist. Dabei
bleibt die von der Maschine gelieferte Entnahmedampfmenge gleich, weil durch die
erfindungsgemäße Schaffung eines linearen Verhältnisses zwischen der Hubänderung
irgendeines der Regler und der durch ihn jeweils bewirkten Druckänderung in jedem
einzelnen Flüssigkeitsstrang und durch die Abstimmung des Größenverhältnisses der
rechteckigen Ablauföffnungen und der Wirkungsrichtungen der Regler die zur Erfüllung
der Gleichwertbedingungen erforderlichen Druckverhältnisse in den Flüssigkeitssträngen
geschaffen werden.
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Steigt infolge verringerten Verbrauches der Entnahmedruck, dann verschiebt
der Entnahmeregler ER den Steuerschieber SE nach unten, wodurch das Ablauffenster
C vergrößert wird und der Steuerdruck im Hochdruckkreis sinkt. Dadurch schließt
der Kolben KH über den Hochdruckstellmotor HDS die Ventile so weit, bis die gewünschte
Entnahmemenge erreicht ist. Sinkt bei stärkerem Verbrauch der Entnahme-oder der
Gegendruck, dann wiederholen sich die Vorgänge im umgekehrten Sinne. Steigt aus
irgendeinem Grunde die Drehzahl der Maschine - z. B. durch plötzliche Entlastung
-, dann gibt der Steuerschieber SR, durch den Drehzahlregler DR nach oben bewegt,
die Ablauffenster A und B frei, wodurch in beiden Kreisläufen die
Leerlaufdrücke entstehen und die Ventile schließen.
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Im Normalfalle steht der Drehzahlregler in der Vollast-Endlage, da
die Anzapf-Gegendruckturbine,
wie oben schon erwähnt, nur die dem
Dampfdurchsatz entsprechende Leistung abgeben soll.
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Es ist deshalb grundsätzlich möglich, auf den Drehzahlregler DR ganz
zu verzichten, da er doch nur als Sicherheitsregler arbeitet. Der Steuerschieber
SR wäre dann von Hand zu betätigen (synchronisieren). Gleichzeitig müßte ein zweiter
Sicherheitsregler eingebaut werden, der ebenfalls auf den Steuerschieber SR wirkt
und bei steigender Drehzahl (4 bis 504) den Steueröldruck absenkt. Mit einer
derart vereinfachten Anordnung ist aber nur der reine Anzapf-Gegendruckbetrieb möglich.