Turbinenanlage mit Zahnradgetriebe. Bei Turbinenanlagen, bei welchen eine oder mehrere Turbinen, zum Beispiel für Dampf, mittelst Zahnradgetrieben eine ge meinsame Welle treiben, insbesondere in den Fällen, wo .die Anlage zum Antrieb von Schiffen oder Lokomotiven bestimmt ist, ist es von grösster Bedeutung, dass die Aggre gate so klein wie möglich werden, weil der Raum für das Aggregat meistens beschränkt ist und das Gewicht des Aggregates selbst verständlich so klein wie möglich gehalten werden soll.
Soll die Turbine selbst kleiner gemacht und gleichzeitig deren Leistungs fähigkeit beibehalten werden, so ist es not wendig, deren Drehzahl zu erhöhen. -Es ist dies bisher nicht möglich gewesen, aus dem Grunde, weil die Zahnräder des Getriebes eine Erhöhung der Drehzahl über eine ge wisse Grenze nicht gestatten. was auch von Nachteil für den Wirkungsgrad der Anlage war, weil ja. eine Turbine mit höherer Dreh zahl, wie .bekannt, einen etwas höheren Wir kungsgrad besitzt als eine Turbine mit klei nerer Drehzahl, was unter anderem auf fol- gende Ursachen zurückzuführen ist:
Bei Tur binen für hohen Danipftlruck besteht ge wöhnlich ider erste Schaufelkranz der Tur bine aus einem sogenannten Curtis-Rad, des sen Dampfeinlass sich über eine bestimmte Länge .des Umfanges des Raides erstreckt, welche für die Zufuhr der nötigen Dampf menge erforderlich ist. Da Turbinen von gleichartiger Bauart aber mit verschiedenen Drehzahlen für idieselbe Arbeitsleistung bei nahe gleich grosse Dampfmengen erfordern, so bleibt auch die Länge des Dampfeinlasses längs des Turbinenrades beinahe konstant, und zwar unabhängig von dem Durchmesser des Turbinenrades.
Dieser Durchmesser ist aber von der Drehzahl der Turbine abhängig, weshalb der Einl.ass einer Turbine mit höherer Drehzahl sich offenbar längs eines grösseren Teils des Schaufelkranzes erstrecken wird, als der eines Turbinenrades mit niedrigerer Drehzahl. Die Schaufeln einer Turbine mit niedrigerer Drehzahl passieren somit den Einlass während eines kleineren Teils einer Umdrehung als die Schaufeln eines Tur- binenrades mit höherer Drehzahl.
Hierdurch entstehen selbstverständlich grössere Druck- verlusIe bei einem Turbinenrad mit niedri- _erer Drehzahl, weil ja, eine Schaufel in die sem Falle während eines grösseren Teils einer Umdrehung von dem Dampf -des Einlasses nicht betätigt wird.
Um die Anwendung von Turbinen mit hoher Drehzahl zu ermöglichen, ist bisher vorgeschlagen worden, dieselben mit einem Zahnradgetriebe mit drei oder mehr, die Ge schwindigkeit der Turbine reduzierenden Übersetzungen, zti kuppeln. Hierdurch ist es möglich geworden, der Turbine eine verhält nismässig hohe Drehzahl im Vergleich mit der am langsamsten umlaufenden Welle des Zahnradgetriebes zti (reiten. Die Drehzahl der Turbine ist aber dadurch begrenzt wor den, dass die Zahnräder des Getriebes keine beliebige Geschwindigkeit gestatteten.
Vorliegende Erfindung bezweckt, die Verwendung von Dampfturbinen mit Dreh zahlen zu ermöglichen, welche bisher nicht verwendet werden konnten. und besteht darin, dass ein oder mehrere der Zahnräder des Getriebes mit vertieften Zahnliicken ver sehen sind.
Wie bekannt, ist es selt.-,vierig, wenn nicht unmöglich, die Zahnräder völlilg fehlerfrei zti fräsen, und ein sehr kleiner Fehler in der Zahnteilung kann so grosse Beanspruchungen der Zähne verursachen, dass dieselben ent zweigehen.
Wird zum Beispiel angenommen, dass ein Fehler in der Zahnteilung des<B>am</B> la.n.gsamsten umlaufenden Zahnrades cles Ge triebes entstanden und dass die Geschwindig keit des am schnellsten umlaufenden Zahn ritzels 40 bis 50 Mal grösser als die Ge- scliwindigkeit dieses Zahnrades ist, so ist es einleuchtend, dass .dieser Fehler sich im Zahn ritzel 40 bis 50 Mal vergrössert zu erkennen gibt und eine grosse Beansprudiung,der Zähne dieses Za.hnritzels zur Folge hat.
Diese Be anspruchung wiederholt sich natürlich öfters, je schneller der Ritzet umläuft, was ein wei teres Hindernis für die Verwendung von schnell umlaufenden Zalinritzeln gewesen ist, solange fliese Zahnritzel mit gewöhnlichen
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Zähnen <SEP> versehen <SEP> waren, <SEP> weil <SEP> das <SEP> Material
<tb> dieser <SEP> Zähne <SEP> dabei <SEP> infolge <SEP> Ermattung <SEP> leicht
<tb> entzwei;
ehen <SEP> kann. <SEP> Wenn <SEP> auch <SEP> die <SEP> zwischen
<tb> dem <SEP> am <SEP> schiiellst(@ii <SEP> nrnlaufenden <SEP> Zahnritzel
<tb> und <SEP> dem <SEP> am <SEP> lanbsan <SEP> iste@n <SEP> umlaufenden <SEP> Zahn rad <SEP> gelegenen <SEP> Zahnritze <SEP> l <SEP> bezw. <SEP> Zahnrä:rler
<tb> fehlerhaft <SEP> geschnitten <SEP> sind, <SEP> können <SEP> sich <SEP> na türlich <SEP> die <SEP> Fehler <SEP> addieren, <SEP> und <SEP> cla.dureh
<tb> kann <SEP> eine <SEP> so <SEP> starke <SEP> Beanspruchung <SEP> des <SEP> am
<tb> sclinellstcn <SEP> umlaufenden <SEP> Zalinritzels <SEP> ent stehen, <SEP> dass <SEP> ein <SEP> in <SEP> @ewcibnlidier <SEP> _Veise <SEP> kon st.ruierter <SEP> Zahnritzel <SEP> nicht <SEP> widerstehen <SEP> kaiirr,
<tb> und <SEP> dass <SEP> es <SEP> deshalb <SEP> notwendig <SEP> wird,
<SEP> die <SEP> Ab messungen <SEP> der <SEP> Zahnritzel <SEP> bezw. <SEP> der <SEP> Zahn räder <SEP> zu <SEP> erhöbcii. <SEP> Dadurch, <SEP> dass <SEP> gemäss <SEP> der
<tb> Erfindung <SEP> ein <SEP> oder <SEP> mehrere <SEP> der <SEP> Zahnräder
<tb> des <SEP> Getriebe\ <SEP> mit. <SEP> vertieften <SEP> Zahäliicli:en <SEP> ver sehen <SEP> sind, <SEP> hat <SEP> miau <SEP> die <SEP> Geiv-,i.lirleistung, <SEP> dass
<tb> etwaige <SEP> Fehlerha.ftigkeiten <SEP> in <SEP> der <SEP> Zahntei lung <SEP> keine <SEP> besonderen <SEP> Beanspruchungen <SEP> der
<tb> Zähne <SEP> verursaohen, <SEP> weil <SEP> .die <SEP> infolge <SEP> der <SEP> Feb lerhaeftibkeiten <SEP> cnts1c;lienden <SEP> Verse,hiebun,en
<tb> durch <SEP> die <SEP> Federmi- <SEP> der <SEP> Zahnhälse <SEP> auf-enom inen <SEP> werden.
<tb>
Die <SEP> Erfindtui- <SEP> wird <SEP> in <SEP> den <SEP> lreibefü@,rtcn
<tb> Zeichnungen <SEP> veriinsehauliclit.
<tb>
Fig. <SEP> 1. <SEP> vereletitlirht, <SEP> weshalb <SEP> gemäss <SEP> der
<tb> obigen <SEP> Da.rle,-ung <SEP> der <SEP> Wirkungsgrad <SEP> durch
<tb> Verkleinerung <SEP> des <SEP> Durchme.ser;s <SEP> des <SEP> Tur binenrades <SEP> ein <SEP> we-ici<U>,#</U>; <SEP> erhöht <SEP> wird:
<tb> Fig. <SEP> 2 <SEP> zeit <SEP> ein <SEP> :@usführunbsbeispiel <SEP> der
<tb> vorliegenden@f#ur@inenanlabe <SEP> mit <SEP> Zahnra#1 getriebe, <SEP> welche <SEP> zur <SEP> Verwendung <SEP> an <SEP> einer
<tb> Lokomotive <SEP> bestimmt <SEP> ist:
<tb> Fib. <SEP> <B>;3</B> <SEP> zeigt <SEP> in <SEP> einem <SEP> tvagrerhlen <SEP> Schnitt:
<tb> ein <SEP> Beispiel <SEP> einer <SEP> 'fur@inenanla@r <SEP> gern@iss <SEP> der
<tb> Erfindung, <SEP> welche <SEP> zur <SEP> -Verwendung <SEP> in <SEP> einem
<tb> Schi <SEP> rfe <SEP> bestimmt <SEP> ist,;
<tb> Fib. <SEP> 4, <SEP> 5, <SEP> G <SEP> und <SEP> 7 <SEP> zeigen <SEP> @@usfübrun;s_
<tb> Beispiele, <SEP> eine: <SEP> mit <SEP> vertieften <SEP> Zahnlüülien
<tb> versehenen <SEP> Zalinritzels.
<tb>
In <SEP> Fig. <SEP> 1 <SEP> eietspriclit, <SEP> dein <SEP> Kreis <SEP> 1 <SEP> der
<tb> Grösse <SEP> des <SEP> eisten <SEP> C'urtis-Rades <SEP> einer <SEP> verhiif nismässig <SEP> langsam <SEP> umlaufenden <SEP> Turbine <SEP> ach sialer <SEP> Type. <SEP> Wird <SEP> angenommen, <SEP> dass <SEP> die <SEP> für
<tb> die <SEP> Arbeitsleiaung <SEP> der <SEP> Turbine <SEP> berechnete
<tb> Dampfmenge <SEP> einen <SEP> der <SEP> schraffierten <SEP> Fläche 2 entsprechenden Einlass erfordert, so werden nur die Schaufeln, welche unter der Fläche 2 passieren, der Einwirkung des Dampfstro mes ausgesetzt, während die übrigen Schau feln leer arbeiten. Somit dient nur ein Teil der Schaufeln dazu, die Kraft des Dampfes in eine Drehbewegung der Turbine umzu wandeln.
Eine für grössere Drehzahlen ge baute Turbine für die Arbeitsleistung hat, wie oben schon erwähnt, einen kleineren Durchmesser und wird in der Abbildung durch den Kreis 3 dargestellt. Da die Grösse ,des Dampfeinlasses für eine gewisse Arbeits leistung .annähernd konstant und von der Drehzahl der Turbine beinahe unabhängig ist, wird sieh der Einlass, welcher bei dieser Turbine durch die schraffierte Fläche 4 dar gestellt ist, über einen grösseren Teil des Um fanges des Turbinenrades erstrecken, wo durch ein grösserer Teil der Schaufeln gleich zeitig der Einwirkung des Dampfstroms ausgesetzt wird.
Bei der in der Abbildung durch -den Kreis 5 dargestellten Turbine ist die Drehzahl so weit erhöht und der Durch messer so viel verkleinert, dass der Da.mpf- einlass, welcher nach wie vor von derselben Grösse ist und in diesem Falle durch die schraffierte Fläche 6 dargestellt wird, sich ibber den ganzen Umfang des Turbinen rades erstredit. In diesem Falle werden so mit sämtliche Schaufeln gleichzeitig der Ein wirkung des Dampfstromes ausgesetzt, so dass keine Schaufeln zeitweise leer laufen. Offenbar wird der Wirkungsgrad der letz teren Turbine etwas höher sein als derjenige irgendeiner der vorhergehenden Turbinen.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungs form einer Turbinenanlage gemäss der Er findung bezeichnet 7 eine Turbine, :die durch Vermittlung des Za.hnra.d,getrzebes eine Loko motive treibt. An jeder Seite der Turbine 7 ist auf der Welle 8 ein Zahnritzel 9 be festigt, welche Zahnritzel mit Zahnrädern 10 in Eingriff stehen und zusammen mit diesen letzteren die erste Verminderung der Ge- sohwindigkeit der Turbine bewirken.
Die Welle 8 ist in bekannter Weise durch Mem- bra-nkupplungen mit der Turbinenwelle ver- bunden, wodurch eine gewisse Bewegung der Zahnritzel 9 im Verhältnis zu der Turbine ermöglicht wird; die Zahnrztzel 9 sind zweck mässig in bekannter Weise in einem um die die Zahnräder 10 tragende Welle 11 beweg lich angeordneten Gehäuse gelagert.
Auf der Welle 11 sind ausser den Zahnrädern 10 Zahnritzel 12 befestigt, welche mit auf der Welle 13 befestigten Zahnrädern 14 in Ein griff stehen und zusammen mit diesen letz teren die zweite Verminderung der Ge schwindigkeit der Turbine herbeiführen. Auf derselben Welle 13, auf welcher die Zahn räder 14 angebracht sind, sind auch Zahn ritzel 15 befestigt, welche mit Zahnrädern 16 in Eingriff stehen, die auf einer Welle 17 befestigt sind, welche in bekannter Weise durch Membrankupplungen 19 mit einer durch einen Hohlraum der Welle 17 gehen den Triebra.dwelle 18 verbunden ist.
Die dritte Verminderung der Geschwindigkeit der Turbine wird somit durch die Zahnritzel 1.5 und die Zahnräder 16 erhalten. Bei der ge zeigten Ausführungsform sind die Zahnritzel 15 im Vergleich mit den Zahnrädern 14 ver hältnismässig gross; aber selbstverständlich kann eine noch grössere Verminderung der Geschwindigkeit dadurch herbeigeführt wer den, dass die Zahnritzel 15 kleiner gemacht werden.
Die Membrankupplungen 19 an der Welle 17 können selbstverständlich gegen Kuppelstangen in der Weise ausgetauscht ,werden, da.ss das erste Triebraclpaar an die Seite des Zahnradgetriebes verlegt wird, wo bei die Welle 17 mit Kurbeln zu einer so genannten Blindwelle ausgebildet wird.
Eis sind nun alle oder ein Teil der Zahn ritzel 9, 12 und 15 mit vertieften Zahn lücken. gegebenenfalls auch mit achsial ver längerten Zähnen versehen. In gewissen Fäl len ist es genügend, nur die ersten Zahn ritzel 9 in dieser Weise auszuführen, wäh rend es in andern Fällen empfehlenswert sein kann, sämtliche Zahnritzel des Getriebes in der angegebenen Weise auszubilden.
Durch diese Ausbildung der Zahnritzel des Zahn getriebes werden durch die Federung der Zahnhälse die auf Grund etwaiger Fehler- haftigkeiten in der Zahnteilung entstehen den Verschiebungen in dem Zahnradgetriebe vermieden.
In Fig. 3 wird, wie oben erwähnt, eine Dampfturbinenanlage gemäss der Erfindung gezeigt, welche zur Verwendung in einem Schiffe bestimmt ist. 21, 22 und 23 bezeich nen drei Turbinen. welche in bekannter Weise als Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckturbinen angeordnet sind.
Die Turbinen 21 und 22 sind zusammen mit dem zugehörigen Zahnradgetriebe in früher schon vorgeschlagener Weise in der Form eines Hwhclrucksystems im Rahmenwerk 24 ange bracht, welches durch clie Abflussleitung \?5 ain Zuflussteil \.6 der Niederdruckturbine '?3 aufgehängt. ist.
Die am langsamsten laufende Welle ? 7 des Hoclidruckssystems trägt ein Zahnradpaar ?8, welches durch das Za.hn- ril-zelpaar 29 und das Zahnritzelpaar 30 von der Hochdruckturbine 21 bezw. der illitteldrucl.#turbine 22 getrieben wird.
Da durch, dass in dieser Weise die Ge schwindigkeit der Turbinen 21 und 22 ver mindert wird, kann der Welle --)7 des Hoch drueksystems und der Welle 31 der Nieder- drue:liturbine 23 dieselbe Drehzahl gegeben %-erden. Die Welle \? 7 ist in bekannter Weise durch eine Membrankupplung mit der hohlen Welle 3? verbunden, welche ein Zahn ritzelpaar 3:; trugt, das mit einem unter dem selben angeordneten Zahnräderpaar 34 in Eingriff steht.
Das Zahnrädcrpaa.r 34 ist auf derselben Welle 35 wie ein Zaburitzelpaar 36 befestigte welches mit einem auf der Schraubenwelle 37 befestigten Zahnräderpaar 38 zusammenwirkt. Die Gesehwindigheit der Welle ? 7 wird somit durch Zuhilfenahme von zwei nacheinander angeordneten Über setzungen auf die Geschwindigkeit der Schrauben:
w el.le 37 vermindert, und somit wird die Geschwindigkeit der Turbinen 21 und ?? dreimal vermindert, ehe die Bewegung bis zu der Schraubenwelle übertragen ist.
Die Welle 31 des Niederdrucksystems 23 ist durch eine Mem-brankupplung mit einer Welle 39 verbunden. welche ein Zahnritzel- paar 40 trägt, das mit einem Zahnräderpaur 41 in Eingriff stellt, welche;
auf derselben Welle 4? wie ein Zahnritzelpaar 43 ange bracht ist, welches mit. demselben Zahn r < Uderpi aar 38 in Eingriff en steht. mit welchem die Zahnritzel 36 zusammenwirken. Die Schraubenwelle 3 7 wird somit von allen drei Turbinen aus getrieben.
Rückwärtsgang innerhalb des Zahnrad getriebes wird in früher schon vorgeschla gener Weise dadurch ermöglicht, dass die Welle 32 exzentrisch gelagert und in der Weise radial verschiebbar ist. dass ein Ein griff zwischen den Zahnrädern 43 und 44 hergestellt werden kann. Die Welle 45, auf welcher das Zahnrad 44 befestigt;
ist, ist ebenfalls exzentrisch gelagert, so daB sie radial verschoben werden kann. damit die auf der Welle 45 befestigten Zahnritzel 46 in Eingriff mit dem Zahnriiderpaar 34 ge bracht werden können. In :
derselben Weise wird R.iicliwürtsg,ing bei dem Niederdrtick- system ermöglicht. Die Umsteuerung vom VorwäHsgang zum R.üeliwri.rtsgang oder um- gekehrt erfolgt in bekannter Weise durch Zuhilfenahme von ()1zylindern 611 und Hilfs motoren 61.
Ein oder mehrere Zahnritzel des Getriebes, inbesonclere die Zahnritzel 29, 30, 3 3 und 40 und gegebenenfalls auch die für h,ü(#l@würlsgang bestimmten Zahnräder sind finit vertieften Zahnlüe@hen und eventuell auch finit aehsial verl:
ingerten Zähnen ver sehen, wodurch, wie v oraler angegeben, etwaige Fehlerbafti-kriten in der Teilung der Zahnräder und der Zahnrilzel durch die Fe clerung der Züline ausgeglichen werden können.
In Fig. 4, 5, (t und 7 sind Ausführun0;s- formen von Zalinrilzeln mit vertieften Zahn lücken gezeigt. In Fig. 4 stellt der schraf fierte Teil 47 die Form eines normalen Zah nes dar, während der schraffierte Teil 48 einen Teil des Zalinritzelwerl@stüelzes veran schaulicht. welcher weiterhin wegzufräsen ist. damit:
die Ziihne vertiefte Lücken erbal- ten. Die normalen Zähne werden in dieser Weise sozusagen an Hälsen 49 angebracht. welche durch Federung eine Verschiebung des Zahnes in peripherischer Richtung ge- statten, was erforderlich ist, wenn Fehler- haftigkeiten innerhalb des Zahnradgetriebes ungleichmässigen Zahndruck hervorrufen. In der Abbildung wird gezeigt, wie ein solcher Zahnritzel mit einem Zahnrad 50 mit nor malen Zähnen in Eingriff steht.
Fig. 5 zeigt denselben Zahnritzel und dasselbe. Zahnrad, senkrecht zu deren Wellen gesehen, wobei alle Zähne mit Ausnahme eines Zahnes 51 des Zahnritzels und eines Zahnes 52 des Zahnrades weggenommen ge- clacht sind. Nach der Zeiehnung besitzen die Zahnräder spiralförmig verlaufende Zähne, wobei der Eingriff in nur einem Punkt bei 53 erfolgt. Ein Druck im Punkte 53 verur sacht somit einen Druck auf den Zahn 51, welcher sich nach den Seiten fortpflanzt, wo durch die Beanspruchung des Zahnes im gan zen verringert wird.
Um eine gleichmässige Federung an den äussern Teilen des Zahnes wie auch in dessen innerem Teil zu ermögli chen, sind die Zahnhälse 49 ausserhalb der eigentliohen Eingriffsfläche des Zahnes ver längert. Hierdurch kann somit auch ein Druck an einer seitlichen Kante der Ein griffsfläche sich nach beiden .Seiten hin fort pflanzen, was sonst nicht möglich wäre. Diese Verlängerung erwies sich als sehr vor teilhaft in Fällen, wo die Zahnlücken ver tieft sind, weil die Federung dabei in jedem Punkte des Zahnes gleich wird.
Fig. 6 zeigt, wie nicht nur die Zahnhälse, sondern auch der ganze Zahn nach beiden Seiten hin verlängert werden kann.
Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform eines für Turbinenanlagen gemäss der Erfin- dung geeigneten Zahnrades 54, welches mit, Zähnen mit vertieften Zahnlücken versehen ist, wobei, in dem Teilungskreis gerechnet, die Breite der Zahnlücken wesentlich grösser ist als die Breite der Zahnköpfe.