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Reservedampfturbine für Frisch- und Speicherdampf Es sind Wärmespeicher
bekannt, die im Falle einer Unterbrechung der Kraftversorgung, z. B. von Elektrizitätswerken,
augenblicklich die fehlende Leistung übernehmen. Bei länger andauernden Störungen
wird der Betrieb in der Weise vorgenommen, daß die Leistung zunächst aus Speicherdampf
und nach Inbetriebsetzung der Reservekessel aus Kesseldampf erzeugt wird. Wenn zur
Krafterzeugung Turbinen verwendet werden, die mit einem gemeinsamen Einlaß für Frischdampf-
und Speicherdampf für das erste Rad ersehen sind, entstehen hierbei Schwierigkeiten,
die ein vollständig selbsttätiges Arbeiten der Anlage verhindern oder nur auf Kosten
der Wirtschaftlichkeit ermöglichen. Ein derartiger Fall möge an Hand der Abb. i
und 2 erläutert werden.
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Die Abb. i zeigt eine Anlage für Momentanreserve, bestehend aus einer
Turbine t, die entweder aus einem Kessel k oder aus einem Speicher s mit Dampf versorgt
wird. Der Kessel ist durch ein Überströmventil ü an die Speicherleitung Z angeschlossen.
Zwischen Speicher- und Kesselleitung ist ein Rückschlagventil r angeordnet, das
ein Überströmen von Kesseldampf in den Speicher verhindern soll. Die Turbine ist
beispielsweise mit drei getrennten Einlässen versehen, die in verschiedene Druckstufen
führen.
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Bei einer Störung in der Krafterzeugung der Hauptanlage arbeitet die
beschriebene Anlage in folgender Weise. Die Störung setzt beispielsweise im Zeitpunkt
a (Abb. 2) ein. Der Kessel k ist zu dieser Zeit unbeheizt. Der Regler der Turbine
öffnet nun die Dampfzufuhr und gibt zunächst die erste Druckstufe i frei. Es sei
angenommen, daß der Speicherdruck bei Beginn der Entladung 13 at betrage.
Mit sinkendem Speicherdruck öffnet der Regler zur Zeit b die Stufe 2 und bei Erreichung
eines noch tieferen Speicherdruckes zur Zeit c auch die Stufe 3. Da bei sinkendem
Speicherdruck das Wärmegefälle kleiner und damit der spezifische Dampfverbrauch
der Turbine größer wird, so ergibt die Kurve de; Dampfverbrauches in Abhängigkeit
der Zeit eine ansteigende Linie, wie dies in Abb. 2 durch die Kurve D, dargestellt
ist.
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Bei Annahme einer Leistung von i o ooo kW sind zur Zeit a. etwa 70
000 kg Speicherdampf pro Stunde erforderlich, zur Zeit d dagegen etwa i to
ooo kg/h. Zur Zeit d setzt der Kessel mit der Dampfabgabe ein. Bei Annahme eines
Kesseldruckes von i3 at und einer Dampftemperatur von 35o° beträgt der Dampfverbrauch
für Frischdampf etwa 5o ooo l;gth für to ooo kW. Dies ist in der Abb. 2 durch die
Linie Dk dargestellt.
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Zur Zeit d wird also das überströtnventil ü zu öffnen beginnen, und
es wird Frischdampf gemeinsam mit Speicherdampf in die zu dieser Zeit geöffnete
Turbinenstufe niedrigen Druckes 3 einströmen. Da für diese Stufe eine Dampftnenge
von i to ooo kgjh erforderlich ist und der Kessel ohne Überbeanspruchung nur 50
ooo kg @h abgeben kann, so ergibt sich, daß aus dem Speicher ständig noch i io ooo
minus 5o ooo = 6o ooo kg(h Dampf entnommen werden muß, so daß also
das
Rückschlagventil r nicht schließen kann und der Speicher immer weiter entladen wird.
Der hochwertige Kesseldampf wird also auf den Druck der Stufe 3 herabgedrosselt,
was eine Vermehrung der Entropie und eine Vernichtung eines großen Teiles der dem
Kessel durch die Feuerung zugeführten Wärmemenge zur Folge hat. Außerdem wird der
Speicher bis zu unzulässig tiefen Drücken entladen werden.
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Die Erfindung will diese Übelstände beseitigen und Mittel zu ihrer
Vermeidung angeben. Es ergibt sich die Aufgabe, in dem-Augenblick, in dem die Dampfabgabe
des Kessels einsetzt, die Turbinenstufen niedrigen Druckes abzuschließen, um den
Kesseldampf der seinem Druck entsprechenden Stufe zuführen zu können, wodurch er
einerseits voll ausgenutzt und andererseits der Speicher infolge des Druckanstieges
- vor der Turbine selbsttätig durch das Rückschlagventil-abgeschaltet wird.
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Es ließe sich denken, daß diese Aufgabe dadurch gelöst würde. daß
zur Zeit d die Leistungsabgabe so lange unterbrochen wird, bis die Regelorgane die
tieferen Stufen abgeschlossen haben. Dies wäre aber keineswegs eine befriedigende
Lösung. Man könnte .die Unterbrechung durch Einbau eines Schwungrades ermöglichen,
was aber wieder die Anlagekosten erhöhen würde.
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Der angestrebte Zweck könnte ferner dadurch erreicht werden, daß an
Stelle des Überströmventils ein Abschlußorgan in die Kesselleitung eingebaut wird,
welches beispielsweise von Hand aus bei Erreichung des normalen Kesseldruckes plötzlich
ganz geöffnet wird, so daß der Kessel unter Ausnutzung seines Speichervermögens
augenblicklich eine Dampfmenge liefern kann, die für das oben angegebene Beispiel
etwa i io ooo kg/h betragen würde. Eine derartige plötzliche Überlastung des Kessels
ist aber nur bei Kesseln mit großem Wasserraum möglich. Bei modernen Kleinwasserraumkesseln
kann u. U. ein Überkochen und Mitreißen von Wasser eintreten.
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Schließlich könnte man an Stelle eines Kessels. von So ooo kg/h Leistung
mehrere Kessel aufstellen, um so eine größere Dampfmenge augenblicklich zu erhalten.
Dies führt aber wieder zu einer Verteuerung der Anlage.
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Die Erfindung gibt nun einige Mittel an, durch welche bei Vermeidung
eines gesonderten Speicherdampfeinlasses vor dem Ersten Rad in einfachster Weise
die angegebene Aufgabe gelöst wird und die an Hand der schematischen Abb.3 bis 6
näher erläutert werden sollen. Die Erfindung besteht darin, daß beim Übergang von
Speicher- auf Kesselbetrieb infolge Erhöhung der Drehzahl der Turbine die Dampfeinlässe
niederen Druckes durch den Geschwindigkeitsregler abgeschaltet werden und der Frischdampf
entsprechend seinem Druck, der höher als der Speicherdruck ist, ausgenutzt wird.
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In Abb. 3 wird eine plötzliche stoßweise Dampfabgabe dadurch erreicht,
daß hinter dem Überströmventil ü ein Dampffaß f eingeschaltet ist, aus dem die zur
Umstellung der Regelorgane erforderliche Dampfmenge ohne Rückwirkung auf.den Kessel
entnommen werden kann. Wenn der Kessel seinen vollen Druck erreicht hat, öffnet
das Überströmventil und läßt Dampf in das Dampfgefäß f strömen, bis daselbst ungefähr
derselbe Druck wie im Kessel herrscht. Nach Öffnen des Absperrventils v, z. B. von
Hand aus, kann das Dampfgefäß augenblicklich so viel Dampf abgeben, daß die Turbinenstufen
niedrigen Druckes geschlossen werden .können und der Speicher durch. das; Rückschlagventil
7- abgeschaltet wird.
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Für das oben gerechnete Beispiel würde sich bei Annahme, einer Dauer
des Regelvorganges von 2o Sekunden und bei einer Zulassung eines Druckabfalles im
Dampfgefäß von 13 auf i o at ein Dampfgefäß von etwa 110 m3 Inhalt ergeben,
was keine wesentliche Verteuerung der Anlage darstellt. Selbstverständlich kann
das Dampfgefäß auch im Nebenschluß zur Kesselleitung geschaltet werden, was an der
Wirkungsweise nichts ändert. - Zweckmäßigerweise.wird man- die Anordnung so treffen,
daß das Dampfgefäß möglichst nahe an die Turbine kommt. um an Leitungskosten zu
sparen.
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In Abb. q. wird der Kesseldampf der Turbine zwischen der Abzweigung
für die Stufen niedrigen Druckes und dem Einlaßorgan der ersten Stufe zugeführt,
wobei das Rückschlagventil r nunmehr zwischen der Abzweigung für die Stufen niedrigen
Druckes und der Kesseldampfzuleitung angeordnet ist. Öffnet nun das Überströmventil
ü die Dampfzufuhr aus dem Kessel, so kann der Kesseldampf infolge des Rückschlagventils
r nur in die erste Stufe eintreten, also in ein Druckgebiet, für welches die abgegebene
Kesseldampfinenge zur Leistungserzeugung genügt. Da zu dieser Zeit auch die Stufen
niedrigen Druckes der Turbine offen sind und mit Speicherdampf gespeist werden,
wird eine Zunahme der Drehzahl eintreten, wodurch der -Geschwindigkeitsregler g
die Stufen niedrigen Druckes und damit auch die Speicherdampfzufuhr absperrt, so
daß der weitere Betrieb -nur mit Kesseldampf erfolgt. -In Abb. ä ist der Erfindungsgegenstand
bei einer düsengeregelten Turbine dargestellt. Bei Beginn einer Störung_ gibt der
Geschwindigkeitsregler g zunächst ie Zuführung t zur
ersten Düsengruppe
frei. Der Speicherdampf tritt also über die Rückschlagventile r, r= und r1 in die
Zuleitung 1. Bei fortschreitender Abnahme des Speicherdruckes öffnet der Geschwindigkeitsregler
auch die Zuführung zur zweiten und später auch die Zuführung 3 zti den weiteren
Düsengruppen.
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In der Kesseldampfzuführung zu den einzelnen Düsengruppen sind druckgesteuerte
Ventile vorhanden, die in Abhängigkeit vorn Kesseldruck nacheinander geöffnet werden
können. Zunächst tritt der Kesseldampf in die Leitung l und veranlaßt ein Schließen
des Rückschlagventils r, Da der Kesseldampf ein größeres Wärmegefälle besitzt als
der zuletzt in die erste Düsengruppe eingeströmte Speicherdampf, wird die Drehzahl
der Maschine zunehmen, und der Regler wird die Zuführung zur dritten Düsengruppe
zu schließen beginnen. Bei weiterem Ansteigen des Kesseldruckes gibt der Regler
d auch die Zuführungsleitung zur zweiten Düsengruppe frei. Die Folge davon ist,
daß der Geschwindigkeitsregler die Zufuhr von Speicherdampf weiter absperrt. Dies
setzt sich so lange fort, bis schließlich die Maschine nur mehr mit Kesseldampf
betrieben wird.
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Die genannte Regelung läßt sich auch derart ausbilden, daß der Kesseldruck
auf das Gestänge des Geschwindigkeitsreglers einwirkt. Beim Einsetzen der Dampfabgabe
aus dein Kessel werden dann die Regelorgane für den Frischdampfeintritt durch ein
vom Kesseldruck gesteuertes Organ von den vom Geschwindigkeitsregler beeinflußten
Übertragutigsmitteln abgeschaltet.
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Die Abb. 6 zeigt eine weitere Lösung der gestellten Aufgabe. Hier
wird in dem Augenblick, «-o der Kessel mit der Dampfabgabe einsetzt, eine zusätzliche
Leistung außerhalb der Frischdampf-Speicherdampfturbine in einer Vorschaltinaschine
oder Vorschaltstufe t. erzeugt. Die von diesem Vorschaltteil abgegebene Leistung
wirkt sich in der Weise aus, daß der Geschwindigkeitsregler g die letzten Stufen
des Niederdruckteiles abschließt, so daß der vom Vorschaltteil kommende Kesseldampf
nur in die erste Stufe des Niederdruckteiles eintreten kann. Der Speicher wird wieder
durch das Rückschlagventil r abgeschaltet. Selbstverständlich können die Maschinen
t1 und t= auch auf einer gemeinsamen Welle sitzen.