Kesselspeisepumpen. Von Regierungsbaumeister a. D. R. W. Müller, Arolsen. MUELLER, Kesselspeisepumpen. In den letzten Jahren brachte die Entwicklung der elektrischen Energieversorgung einerseits die Zusammenfassung der Energieerzeugung in Großkraftwerken und andererseits die gegenseitige Verkettung großer Energiezentralen zwecks Austausch überschüssiger Leistung. Diese Entwicklungführte in den Dampfkraftwerken den Kesselbau zu einer ganz erheblichen Steigerung des Dampfdruckes und der Dampftemperatur. Ferner wird, um den thermischen Wirkungsgrad zu erhöhen, im Regenerativverfahren möglichst weißes Wasser verwendet. Heute ist man bereits bei Kesseldrücken von 250 atü und Speisewassertemperaturen von über 200° C angekommen. In den modernen Kraftwerken wurden durch diese Fortschritte auch die Hilfseinrichtungen wesentlich beeinflußt. Vor allem sind darunter als einer der Teile einer Dampfkraftanlage, die für die Sicherheit eines einwandfreien Betriebes ausschlaggebend sind, die Kesselspeisepumpen zu erwähnen. Die Sulzer Hochdruck-Zentrifugalpumpen als Kesselspeisepumpen werden schon seit langer Zeit verwendet; jedoch eine ganze Reihe vollständig neuer und oft recht schwieriger Probleme brachte die Speisung von Hochdruck- und Höchstdruckkesseln mit sich. Eine langjährige Erfahrung in der Konstruktion und der Materialauswahl sowie in der Werkstattausführung und im Betrieb ist die Voraussetzung für eine gute Lösung solcher Aufgaben. Die nachstehenden Zeilen mögen kurz darlegen, wie diese Erfahrung bei den Sulzer Höchstdruck-Kesselspeisepumpen ausgewertet wird. Textabbildung Bd. 346, S. 28 Abb. 1. Brauchbare und unbrauchbare Kennlinien von Kesselspeisepumpen. 1 = steile, gegen Q = 0 stetig ansteigende Kennlinie; 2 = flache, gegen Q = 0 stetig ansteigende Kennlinie; 3 = Gegendruckkurve (flache Rohrkennlinie) zu den Kurven 1 und 2; 4 = unstabile Kennlinie; 5 = stabile, gegen Q = 0 nicht stetig ansteigende Kennlinie; 6 = Gegendruckkurve (steile Rohrkennlinie); 7 = Kurve der Resultanten aus dem Kesseldruck und dem zum Speisen nötigen Ueberdruck (einschließlich der Förderhöhe von der Pumpe bis zum Speiseventil des Kessels, vermindert um den Zulaufdruck); B = Betriebspunkt; Kennlinie 1: Für Kesselspeisung und besonders Parallelbetrieb geeignet; Kennlinie 2 und 5: Für Kesselspeisung und besonders Einpumpenbetrieb geeignet; Kennlinie 4: Für Kesselspeisung ungeeignet (2 Schnittpunkte und Kurve 3); Kennlinie 5 eignet sich besonders für steile Gegendruckkurven wie Kurve 6, oder flache Gegendruckkurven wie Kurve 3, wenn der Schnittpunkt E der Kennlinie mit der Ordinatenachse über jenem der Gegendruckkurve A steht. Der von einer Kesselspeisepumpe zu überwindende Gegendruck setzt sich zusammen aus dem Druck des Kessels (einschließlich des zum Speisen nötigen Ueberdruckes, vermindert um den Zulaufdruck), der Förderhöhe von der Pumpe biszum Speiseventil des Kessels und dem dynamischen Anteil der Rohrleitungswiderstände. In Abb. 1 sind diese Werte sowie die resultierende Gegendruckkurve in Abhängigkeit von der Fördermenge eingetragen. Textabbildung Bd. 346, S. 28 Abb. 2. Steile Pumpenkennlinie. Verteilung der Pumpenbelastungen im Paralle betrieb mit flachen und steilen Pumpenkennlinien. Flache Pumpenkennlinie; Q = Fördermenge H = Förderhöhe; B = Betriebspunkt des Parallelbetriebes; 1 = Kennlinie der Pumpe 1; 2 = Kennlinie der Pumpe 2; 3 = Resultierende Kennlinie der Pumpen; 4 = Gegendruckkurve; Q1 = Fördermengenanteil der Pumpe 1, auf den Betriebspunkt B bezogen; Q2 = Fördermengenanteil der Pumpe 2, auf den Betriebspunkt B bezogen; qB = Fördermengenunterschied, auf den Betriebspunkt B bezogen; qA = Fördermengenunterschied beim Anlauf oder Regeln gegen Q = 0. Wenn die Rohrleitungen kurz und die Wassergeschwindigkeiten klein sind, so verläuft diese flach, hingegen steil bei langen Rohrleitungen und großen Wassergeschwindigkeiten. Textabbildung Bd. 346, S. 28 Abb. 3. Heißwässerstopfbüchse mit Außenkühlung aus dem Jahre 1923. Den Schnittpunkt dieser Gegendruckkurve (3) mit der Kennlinie (1 oder 2) der Pumpe nennt man Betriebspunkt (B). Das hydraulische Kennzeichen der Sulzer Kesselspeisepumpen ist ihre vollständig stabile Kennlinie, die bis zur kleinsten Fördermenge die Gegendruckkurven eindeutig und bestimmt jeweils nur in einem einzigen Betriebspunkte schneidet. Ein Abschnappen der Pumpen oder ein Pendeln der Wassersäule kann dadurch nicht vorkommen. Je nach den vorliegenden Anlage- und Betriebsverhältnissen werden Laufräder mit einer flacheren oder steileren Kennlinie verwendet. Textabbildung Bd. 346, S. 29 Abb. 4. Neuartige Kühlung der Stopfbüchse von innen. Eine flach verlaufende Pumpenkennlinie ist für den Einpumpenbetrieb zu empfehlen, damit durch die Fördermengenregelung nur geringe Druckhöhenverluste eintreten. Beim Parallelbetrieb mehrerer Pumpen von gleicher Größe und Bauart ist zu beachten, daß ihre Kennlinien wohl ähnlich, jedoch nicht kongruent sind. Diese Erscheinung, die von Bearbeitungszufälligkeiten, Ungenauigkeiten im Guß usw. herrühren, verursacht eine gegenseitige Verschiebung der Kennlinien sowie eine ungleichmäßige Verteilung der Belastung. Durch die Wahl steil und stetig ansteigender Kennlinien kann auch bei gegebener unveränderlicher Drehzahl der Antriebsmaschinen die Lastverteilung praktisch ziemlich gleichmäßig erfolgen, wie das z.B. in Abb. 2 gezeigt wird. Im Regelbereich verursachen die steileren Pumpenlinien größere Druck Verluste, jedoch tritt dieser kleine Nachteil im Betrieb den Vorteilen gegenüber ganz zurück. Durch diese Eigenschaften weisen diese Kesselspeisepumpen eine große Anpassungsfähigkeit auf, sie vermögen allen Belastungsstoßen und Betriebsschwankungen der Kessel leicht und rasch zu folgen. Bei der Konstruktions-Durchbildung dieser Kesselspeisepumpen hat sich Sulzer neben der günstigen hydraulischen Anordnung eine große Dauerhaftigkeit und Betriebszuverlässigkeit als Ziel gesetzt. Das Gehäuse ist als kräftiger, geschlossener Zylinder ausgebildet, in welchem alle Innenteile, wie Ueberstromstücke, Lauf- und Leiträder, leicht ein- und ausgebaut werden können. Lästige Undichtigkeiten und Leckungen nach außen, sowie betriebsstörende Verwerfungen durch Wärmeausdehnungen sind damit auf einfache Art und Weise vermieden. Auf die spannungslose Ausdehnungsmöglichkeit der verschiedenen Teile wurde besondere Sorgfalt gelegt. Soll die Pumpe sehr hohen Temperaturen ausgesetzt werden, so wird sie in der Achsenebene in Ständern aufgehängt. Höhenunterschiede gegenüber der Achse des Antriebes werden damit ausgeschaltet, in besonderen Fällen werden die Ständer auch noch durch Wasser gekühlt. Nur in einer Querebene senkrecht zur Achse ist das Gehäuse festgeschraubt, und die losen hinteren Aufhängetatzen gestatten eine freie Bewegung in der Längsrichtung. Das Gehäuse ist gegen seitliche Verschiebungen in Keilbahnen geführt. Unter Berücksichtigung gleicher Ausdehnungszahlen erfolgt für die Innenteile die Wahl der Baustoffe. Zweckmäßig angeordnete Ausdehnungspuffer nehmen die restlichen Längenveränderungen auf. Die unter verschiedenem Druck stehenden Innenteile sind gegenseitig sorgfältig abgedichtet. Textabbildung Bd. 346, S. 29 Abb. 5. Die Stopfbüchsen gehören zu den heikelsten Bestandteilen der Kesselspeisepumpen, die die mit sehr heißem Speisewasser gefüllten Pumpenräume bei oft großen Druckunterschieden gegen die freie Luft hin möglichst verlustlos abdichten müssen. Schon ein geringer Austritt heißen Wassers gibt zu lebhafter Dampfentwicklung Anlaß. Die Abbildung 3 zeigt eine Heißwasser Stopfbüchse mit Außenkühlung, deren Packungsraum mit einem wasserdurchspülten Kühlmantel a umgeben ist, der seinerseits durch ein Luftkissen b vom heißen Speisewasser getrennt ist. Textabbildung Bd. 346, S. 30 Abb. 6. Sulzer Höchstdruck-Kesselspeisepumpe mit Abstützung in der Achsebene und Wärmeschutzmantel Für sehr heißes Wasser und bestimmte Druckverhältnisse verwendet Sulzer zusammengesetzte Stopfbüchsen mit Innen- und Außenkühlung, welche die Wasser- und Wärmeverluste auf ein Mindestmaß beschränken. Bei der Ausführungsform nach Abb. 4 wird in dem umlaufenden Kühlraum c durch die Wellenbohrung d das Kühlwasser gespritzt. Vom Räume c gelangt das Wasser durch die, Stopfbuchse in den Wasserfänger f und kann von dort dem Speisewasserbehälter zugeführt werden. Wie die Abbildung zeigt, wird beim Durchfluß des Kühlwassers durch die Welleganz besonders auch die Lagerstelle gekühlt. Der Sperrwasserzufluß g dichtet einerseits gegen den Saugraum bzw. Entlastungsraum hin ab und kühlt gleichzeitig die anliegenden Teile. Wenn die Zufuhr durch die Wellenbohrung d nicht möglich ist, wird das Kühlwasser durch h in die Laterne k geleitet. Das durch die Stopfbuchsenbrille austretende Wasser wird ebenfalls vom Fänger f aufgefangen. Diese patentierten Stopfbuchsen-Konstruktionen haben sich in jahrelangem Betrieb als vollkommen zuverlässig erwiesen. Abb. 5 zeigt einen Längsschnitt durch eine Kesselspeisepumpe. Der hydraulische Axialschub wird durch die bekannte Entlastungsscheibe s ausgeglichen, und das Entlastungswasser fließt durch die Leitungen dem Speisewasserbehälter zu. Zur Verminderung der Wärmeverluste ist der Pumpenkörper mit einem Wärmeschutzmantel umgeben (Abb. 6). Bronzebüchsen schützen die Welle im Pumpeninnern gegen die Rostgefahr. Alle Dichtungsringe und Dichtungsbüchsen sind leicht auswechselbar. Die Pumpen eignen sich für jede Betriebsart, besonders zweckmäßig ist der elektrische oder der Dampfturbinenantrieb mit oder ohne Vorgelege. Die Abbildung 7 zeigt eine Anlage und deren Betriebsanordnung. In der elektrischen Zentrale zu Langerbrügge (Belgien) sind im Dezember letzten Jahres zwei Sulzer Pumpen für die Speisung von Höchstdruckdampfkesseln in Betrieb gekommen, die insofern besonderes Interesse für sich beanspruchen dürfen, als sie die größten Kesselspeisepumpen der Welt sind. Jede Pumpe fördert in der Stunde 135 Tonnen heißes Wasser von 180° C auf einen Betriebsdruck von 250 Atmosphären. Der Kraftbedarf beträgt dabei 2340 PS. je Pumpe. Textabbildung Bd. 346, S. 30 Abb. 7. Zwei neunstufige Sulzer Höchstdruck-Kesselspeisepumpen für zusammen 180 t/h Fördermenge und je 111,7 atü Pumpenenddruck. Zulaufwassertemperatur 200° C.