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Kreiselpumpe mit Alltriebsturbine.
Die Erfindung betrifft ein Aggregat. bestehend aus Kreiselpumpe und Antriebsturbine für flüssige, dampf-oder gasförmige Förder-und Treibn, ittel, wobei die Laufräder der Pumpe und Turbine auf derselben Welle in einem gemeinsamen Gehäuse nebeneinander angeordnet sind.
Bei solchen für Dampf als Förder- und Treibmittel gebauten Aggregaten hat man bereits vorgeschlagen, Turbine und Kreiselverdichter so zu betreiben, dass der Dampf der Turbine und des Verdichters an der Trennstelle der beiden Maschinen einen möglichst geringen oder gar keinen Druckunterschied aufweist. Die Welle wird bei dieser bekannten Ausführung auf beiden Seiten des gemeinsamen Gehäuses nach aussen geführt, so zwar, dass die eine der beiden Wellendurchführungen an die Dampfeinströmseite der Dampfturbine, die andere an die letzte oder erste Stufe des Verdichters zu liegen kommt.
Ist nun der Druck oder die Temperatur des Fördermittels sehr hoch, so wird die betriebstaugliche Ausbildung der Wellendichtungen des unter Überdruck gegen aussen stehenden Gehäuses von Verdichtern für Dämpfe, Gase od. dgl. ziemlich schwierig und dürfte bei den Drücken und Temperaturen, wie sie die letzten Fort- schritte der Technik gebracht haben und noch bringen werden, auf unüberwindliche Schwierigkeiten stossen.
Wird das zu pumpende Mittel mit verhältnismässig niedrigem Druck bzw. Temperatur der Pumpe zugeführt, so lassen sich durch fliegende Anordnung des Pumpenläufers bei Entfall einer druckseitigen Wellendurchführung betriebstaugliche Konstruktionen ausbilden. Von diesem Auskunftsmittel ist bei vielen Kesselspeisepumpen für heisses Speisewasser und 20-40 Atm. Pumpendruek bereits Gebrauch gemacht worden.
Sind aber schon die Drücke bzw. Temperaturen des zu pumpenden Mittels im Zustand vor der Pumpe so hohe, dass die üblichen Wellendichtungen hiefür versagen, so kann mit der fliegenden Anordnung des Pumpenläufers und dem hiebei gegebenen Entfall einer Wellendurehführung allein nicht mehr das Auslangen gefunden werden, da die Druck-bzw. Temperaturverhältnisse an der einen Wellendurehführung, wenn diese auch auf der Eintrittsseite der Pumpe liegt, nicht mehr beherrscht werden können.
Eine solche Aufgabe stellen die Dampfumlaufpumpen für Hochdruckkessel nach dem Löfflerschen und ähnlichen Systemen.
Erfindungsgemäss wird jede unter dem vollen Überdruck des zu fördernden oder des geförderten Mittels stehende Wellendurchführung an dem Verdichter-Turbinenaggregate in folgender Weise vermieden :
Die Kreiselpumpe und deren Antriebsturbine, die ein-oder zweiteilig sein kann, sind in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, wobei die Laufräder der beiden Maschinen auf einer Welle sitzen und die Wellendurchführung oder Wellendurchführungen ausschliesslich auf die Seite der Ausströmung des entspannten Treibmittels aus der ein-oder zweiteiligen Turbine verlegt sind.
In diesem Falle stehen dann diese Wellendichtungen nur mehr unter dem durch die Entspannung des Treibmittels in der Turbine gegebenen Druckunterschied gegenüber dem Aussendruck und es ist eine leichte Aufgabe, die Entspannung so tief zu machen, dass die bereits bekannten Wellendurchführungen verwendet werden können.
Bei Dampfturbinen für besondere Druck-und Mengenverhältnisse des Dampfes wurde zwar bereits ein Aushilfsmittel, die Hochdruekstopfbüchse bei gutem Ausgleich des Axialschubes und bei Einhaltung günstiger Schaufelhöhen zu vermeiden, angegeben, das darin besteht, die Turbine in zwei Gruppen zu unterteilen und diese in einem gemeinsamen Gehäuse derart unterzubringen, dass die Einströmseiten in der Mitte zusammenstossen und die Ausströmseiten nach aussen zu liegen kommen. Der Dampf wird der Hochdruckgruppe in der Mitte zugeführt, nach Verlassen derselben aussen wieder in die Mitte zurück
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in die Niederdruekgruppe geführt, die er auf der andern Aussenseite des gemeinsamen Gehäuses verlässt.
Die Welle ist an den beiden Ausströmseite des Gehäuses nach aussen geführt. Solcherart gebaute Turbinen geben aber keine Lösung der Aufgabe, Fördermittel von besonders hohem Druck oder Temperatur ohne Stopfbüchsenschwierigkeiten am Verdichter zu pumpen. Die Zeichnung zeigt mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungen unterscheiden sieh voneinander dadurch, dass bei Fig. 1 die Strömungen des zu pumpenden und des die Turbine antreibenden Mittels gleichgerichtet, bei Fig. 2 jedoch entgegengesetzt gerichtet verlaufen. a ist der am Ende der fliegenden Welle sitzende Pumpenläufer, der auch mehrstufig sein kann, b der Läufer der Antriebsturbine, der in der dargestellten Art eine zweistufige Gleichdruckbeschaufelung trägt. Für die erfindungsgemässe Anordnung ist es naturgemäss ohne Belang, ob die Turbine als Gleichdruckmasehine mit Druck-oder Geschwindigkeitsstufen oder aber als Überdruckturbine ausgebildet ist. Wesentlich ist nur, dass an der Wellendurchführung gegen aussen der entspannte Druck des Turbinentreibmittels herrscht. Diese Wellendurchführung ist bei c gezeigt.
Das Regelventil der Turbine ist mit d, deren Abdampfstutzen mit e, der Eintrittsstutzen
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der fliegenden Welle.
Sowohl bei den beiden vorbeschriebenen AusfÜhrungsarten als auch bei den andern noch zu beschreibenden ist eine Dichtung im Gehäuse zwischen dem zu pumpenden und dem treibenden Mittel erforderlich. Diese Dichtung steht unter dem Druckunterschied zwischen dem Drucke im Spalte der
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gewisse Menge durch sie von der Seite mit höherem Druck auf die andere durchtreten. Inwieweit also der Druck des die Turbine treibenden Mittels vom Druck des zu pumpenden verschieden sein kann bzw. wie weit die Entspannung in der ersten Stufe der Turbine und hiemit im ersten Spalte gehen darf, hängt von den besonderen Fällen ab. Vor allem ist hiefür ausschlaggebend, ob die durch die Dichtung k entweder in der einen oder andern Richtung tretende Menge bei stofflicher Verschiedenheit der beiden Mittel für die Pumpe oder Turbine schädlich wirkt.
Bei stofflicher Gleichheit aber, ähnlichen Eintrittsdrucken und geringer Entspannung des Treibmittels in der ersten Stufe der Turbine dürfte die kleine Übertrittsmenge nur einen unwesentlichen Einfluss auf den Wirkungsgrad haben.
Wird z. B. für die Umlaufpumpe (Kreiselverdichter) eines Löfflerschen Hochdruckkessels eine Dampfturbine als Antriebsmaschine gewählt und diese mit demselben Dampf wie der zu pumpende gespeist, weiters die Entspannung der ersten Stufe gering gemacht, so dürfte die geringe Übertrittsmenge ohne nennenswerten Nachteil sein.
Ähnlich liegen die Verhältnisse bei der Vereinigung von Kreiselpumpe für Druckerhöhung von Druckflüssigkeit mit einer Franzisturbine von grossem Überdrucksgrad, die
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bis knapp unter die Verdampfungstemperatur vorgewärmt ist und daher unter einem nur um weniges kleineren Druck als der Kesseldruck steht, ist die Übsrtrittsmenge unschädlich, wenn die Turbine mit dem höher gespannten Kesseldampf betrieben wird, da dann nur Dampf in die Pumpe, wo es nicht schadet, übertreten kann und nicht das Wasser in die Turbine.
Die vorstehenden Erörterungen über die Dichtung zwischen Pumpen-und Turbinenraum und den Einfluss des Eintrittdruckes sowie Entspannungsgrades des Treibmittels in der ersten Turbinenstufe auf die Grösse der Übertrittsmenge setzten eine reine Mengenregelung der Turbine voraus. Ist die Regelung eine gemischte oder gar eine reine Drosselregelung, so hängt die Grösse der Übertrittsmenge vorwiegend mit dem Belastungsgrad bzw. der Drosselung des Eintrittsdruckes zusammen. Bei kleinen Belastungen würde durch die Drosselregelung der Druck des Treibmittels vor Eintritt in die erste Stufe stark abgedrosselt und der Druck im Pumpenraum überwiegen, was in manchen Fällen vielleicht absolut vermieden werden muss. In solchen Fällen bringt die Regelung der Turbine durch Drosselung des austretenden Mittels eine Lösung.
Bei der erfindungsgemässen Ausbildung von Kreiselpumpen tritt bei den hohen Drucken des zu pumpenden Mittels, für die sie bestimmt sind, ein grosser Axialschub auf die Welle auf. Eine teilweise Entlastung ist durch lotrechte Anordnung, die auch eine bedeutende Entlastung der Halslager bringt, möglich. Für grössere Einheiten bringt die Ausführung nach Fig. 3 einen vollkommenen Ausgleich der Aehsdrücke und eine bessere Lagerung. Sie stellt eine symmetrische Verdopplung der Ausführungen nach Fig. 1 bzw. 2 in einem Gehäuse dar und ermöglicht durch die nicht fliegende Wellenlagerung eine leichtere Ausbildung der Turbinen als vielstufige und entsprechende ökonomische Maschinen.
Eine weitere Art des Axialschubausgleiehes stellt die Anordnung nach Fig. 4 dar. Das in der Turbine des Pampenaggregates gemäss Fig. 1 bzw. 2 teilweise entspannte Treibmittel wird in einer zweiten, auf derselben Welle sitzenden Turbine bekannter Bauart weiter entspannt, so zwar, dass der Axialsehub dieser (als Überdruckmaschine ausgebildeten) Turbine dem des Pumpenaggregates entgegengesetzt gerichtet ist und ausgleichend wirkt. Das bei e aus der Turbine des Aggregates austretende, nur teilweise
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entspannte Treibmittel wird aussen in die zweite Turbine umgeleitet, tritt in diese bei 1 ein und verlässt sie bei m entspannt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kreiselpumpe mit Antriebsturbine für flüssige, dampf- oder gasförmige Förder- und Treibmittel und nebeneinander auf derselben Welle in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneten Laufrädern, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle aus dem gemeinsamen Gehäuse nur an der Ausströmseite der Antriebsturbine nach aussen geführt ist, damit die hier befindliche Wellendichtung nur unter dem durch die Entspannung des Treibmittels in der Turbine gegebenen Druckunterschied gegenüber dem Aussendruck steht.