Turbinenlokomotive. Bei Turbinenlokomotiven, das heisst bei Lokomotiven, die durch eine Turbine getrie ben werden, ist vorgeschlagen worden, auch Hilfsaggregate, z. B. Speisepumpen, Kon- densatpumpen und dergleichen, durch Tur binen zu treiben, wobei der Abdampf dieser Turbinen in verschiedenen Weisen geführt wird.
So sind zum Beispiel diese Hilfstur binen bisweilen in der Weise zusammen gekuppelt worden, dass der Abdampf einer Turbine eine andere Turbine ganz oder teil weise passieren musste, oder es sind auch die Hilfsturbinen mit der Hauptturbine zusam mengekuppelt worden, und zwar entweder dadurch, dass der Abdampf der Hilfsturbinen in die Hauptturbine an einer solchen Stelle derselben eingeführt worden ist, wo der Ge gendruck der für die Hilfsturbinen ge wünschte ist, oder @dadurch, dass die Hilfs turbinen mit Dampf gespeist worden sind, der von der Hauptturbine an einer geeigneten Stelle derselben abgezapft worden ist. Die Hauptturbine hat hauptsächlich ihren Dampf unmittelbar vom Dampfkessel der Loko motive erhalten und denselben unmittelbar an einen Kondensator abgeliefert.
Da meh rere der Hilfsaggregate auf Grund ihrer Art häufig in Abhängigkeit von der Haupttur bine gesteuert werden müssen, ist die Steue rung der Lokomotive bisher ziemlich kom pliziert gewesen.
Vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf eine Turbinenlokomotive mit wenigstens einem durch eine Hilfsturbine angetriebenen Hilfsaggregat und bezweckt, die .Steuerung der Lokomotiven zu erleichtern, indem die Steuerung der Hilfsturbine bezw. des Hilfs aggregates abhängig gemacht wird von der Steuerung der Hauptturbine;
die Erfindung besteht darin, dass der Zuflussteil einer für den Antrieb eines Hilfsaggregates, bestimm ten Hilfsturbine mit dem Dampfkessel und die Abdampfleitung dieser Turbine mit dem Zuflussteil der Hauptturbine verbunden ist, so. dass Dampf für die Hauptturbine zuerst durch die Hilfstur bine -und erst nachher durch die Haupt turbine strömt, wodurch die von der Hilfs turbine abgegebene Leistung von der Steue rung der Hauptturbine abhängig wird. Die Erfindung ist auf der beigefügten Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
In sämtlichen Abbildungen ist der Fall gezeigt, wo nur eine Hilfsturbine angeordnet ist; aber selbstverständlich liegt kein Hindernis vor, mehrere Hilfsturbinen in derselben Weise anzuordnen. Abb. 1 zeigt ein Schal tungsschema. einer Anordnung gemäss der Er findung, und Abb. 2 eine abgeänderte Aus führungsform dieser Anordnung; Abb. 3 zeigt schematisch eine Einzelheit der Verbin dung zwischen der Hauptturbine und der Hilfsturbine.
In Abb. 1 und 2 bezeichnet 1 den Dampf kessel der Lokomotive, 2 eine Hilfsturbine, beispielsweise zum Betrieb der Kondensator ventilatoren, 3 die Hauptturbine und 4 den Kondensator. Gemäss Abb. 1 strömt der Dampf vom Dampfkessel 1 durch eine Hoch druckleitung 8 zu einem den beiden Tur binen 2 und 3 gemeinsamen, zur Regelung der Dampfmenge dienenden Dampfeinlass 5 und von dort durch die Hilfsturbine 2. Das Schaufelsystem und der Zuflussteil dieser Hilfsturbine sind so ausgebildet, dass in der selben nur ein geringer Teil des Druck gefälles des die Hochdruckleitung 8 passie renden Dampfes ausgenützt wird.
Von der Hilfsturbine 2 wird der Dampf durch die Leitung 10 zu der Hauptturbine 3 geführt, wo das ganze übrigbleibende Druckgefälle, das heisst das Druckgefälle von dem der Druck des Zuflussdampfes in der Leitung 10 bis zum Vakuum in der Abflussleitung 11 zum Kondensator ausgenutzt wird.
Durch die Anordnung der Hilfsturbine zwischen dem Dampfkessel und der Hauptturbine ist man somit imstande, mit nur einem Dampfeinlass 5 sowohl die Hauptturbine 3, als auch die Hilfsturbine 2 zu steuern, was selbstver ständlich von grosser Bedeutung ist in dem Falle, wo der Betrieb der Hilfsturbine von dem Betrieb der Hauptturbine abhängig ist, was beispielsweise der Fall ist, wenn die Hilfsturbine, wie oben angegeben, zum Be trieb von Ventilatoren für die Förderung der für den Kondensator erforderlichen Kühl luft bestimmt ist, weil die Hauptturbine selbstverständlich nicht in Gang gesetzt wer den soll, ohne dass gleichzeitig Kühlluft durch den Kondensator getrieben wird.
Durch die beschriebene Anordnung wird auch der Vorteil erreicht, dass die Geschwindigkeit der Hilfsturbine \? in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit der Hauptturbine selbsttätig geregelt wird. Bei der in Abb. 2 gezeigten Abänderung ist die Hochdrucklei tung 8 in zwei Leitungen 12 und 13 ver zweigt', welche durch regelbare Dampfeiii- lässe 5 und 51 zu der Hilfsturbine 2 führen.
Die Abflussleitung 10 der Hilfsturbine 2 ist gleichfalls in mehrere Leitungen verzweigt: in der Zeichnung sind drei Zweigleitungen 10a, 10b und lüc gezeigt, welche alle in dei Zuflussteil der Hauptturbine 3 einmünden Lind von welchen zwei Zweigleitungen, lüb und 10e, mit je einem regelbaren Einlass ver sehen sind. Die Zweigleitungen können auch sämtlich mit solchen Einlässen versehen seid und mit verschieden grossen Eintrittsflächen des Zuflussteils in Verbindung stehen.
Die Abdampfleitung 11 der Hauptturbine 3 mun- det, wie vorher. unmittelbar in den Konden sator 4 ein. Die Zweigleitungen 1\? und 13 münden in je eine Gruppe von Leitschaufeln der Hilfsturbine 2 ein.
welche, wie anhan4 der Abb. 3 noch näher erklärt werden soll, derart konstruiert sind, dass, der Dampf, wel cher durch die Leitung 13 in die Turbine eingeführt wird, bei seinem Durchgang durch dieselbe ein grösseres Druakgefällo verarbeitet als der Dampf, welcher in die Turbine durch die Leitung 1? eingeführt wird.
Das Druck gefälle in dem ersterwähnten Fall ist zweek- mltssig(-#rweise so gross, dass der Druck in der Abflussleitung 10 gleich gross. wird wie das Vakuum im K ondf#nsator 4. Hierdurch ist man somit: imstande, die Turbine 2 treiben zu können, ohne dass gleichzeitig die Turbine 3 in Gang gesetzt wird.
Zu diesem Zweck. wird der Dampfeinlass 5' geöffnet, während der Daairpfeinla.ss, 5 geschlossen gehalten wird, wobei der in _die Turbine 2 eingeführte Dampf ein so grosses Dampfgefälle verarbei tet, dass in der Leitung 10 dasselbe Vakuum wie im Kondensator 4 entsteht, so da.ss also kein Dampfgefälle für die Hauptturbine übrig bleibt.
Wenn dagegen der Dampfein- lass 51 geschlossen und 5 geöffnet wird, so wird der in die Turbine 2 eingelassene Dampf nur ein geringes Druckgefälle ver arbeiten, so dass ein genügender Druck zum Betrieb der Hauptturbine 3 übrig bleibt. Durch Öffnen eines oder beider Einlässe der Leitungen lob und 10e kann der Gegendruck nach der Turbine 2 und somit auch der Lei stungsbetrag der beiden Turbinen 2 und 3 verändert werden.
Je mehr dieser Einlässe geschlossen sind, desto grösser wird der Ge gendruck nach der Turbine 2,- und eine desto geringere Leistung wird dieselbe somit im Verhältnis zu derjenigen der Turbine. 3 ab geben. Wenn die Zweigleitungen 10a, 10b und<B>10e</B> mit verschieden grossen Eintritts flächen des Zuflussteils der Hauptturbine in Verbindung stehen, kann durch Öffnen und Schliessen der Einlässe diese Veränderung des Gegendruckes nach der Hilfsturbine in kleineren Abstufungen herbeigeführt werden.
Aus Abb. 3 geht die obenerwähnte Aus bildung der Hilfsturbine deutlicher hervor. Gemäss dieser Abbildung besitzt die Turbine 2 ein Schaufelrad 14 und zwei -Gruppen von Leitschaufeln 15 und 16. Diese Leitschau- feln 15 und 16 sind, wie oben erwähnt, der art konstruiert, dass der durch die Leitung 12 zugeführte Dampf ein geringeres Druck gefälle bei seinem Durchgang durch die Tur bine verarbeitet, während der Dampf, der durch die Leitung 13 eingeführt wird, ein grösseres Druckgefälle, beispielsweise bis zum Vakuum im Kondensator, verarbeitet.
Die: wird dadurch bewirkt, dass sich die Xa- näle zwischen den Leitschaufeln 15 gegen das Schaufelrad 14 nicht erweitern, wodurch keine Expansion des Dampfes in diesen Leit- schaufelka.nälen eintritt, während sich die Kanäle zwischen den Leitschaufeln 16 gegen das Schaufelrad 14 erweitern, so da.ss der Dampf bei seinem Durchgange durch diesel ben einer Expansion unterworfen wird.
Gemäss Abb. 3 ist die Abflussleitung 10 der Turbine 2 in zwei Zweigleitungen loa bezw. 10b verzweigt, von denen die Zweig- leitung 10a in offener Verbindung mit den Leitschaufeln 17 und dem ersten Schaufel rad 18 der Haupturbine 3 steht. Die Zweig leitung lob ist mit einem Regelventil 19 ver sehern, durch welches der Dampf in die Leit- schaufeln 20 eingelassen werden kann. Wenn das Ventil 19 geschlossen ist, herrscht ein höherer Gegendruck nach der Turbine 2, als wenn dasselbe offen ist.
Im ersteren Falle leistet somit die Turbine 2 weniger im Ver hältnis zu der Turbine 3 als in dem letzteren Falle.
Wird angenommen, wie dies oben voraus gesetzt worden ist, da.ss die Turbine 2 Ven tilatoren für die Kühlluft des Kondensators treibt, so soll dieselbe offenbar während des Sommers, wenn eine ;grössere Menge von Kühlluft erforderlich ist, eine grössere Lei stung abgeben als während des Winters, wenn die Temperatur niedriger ist und somit die Kühlluftmenge vermindert werden kann.
Die Zweigleitung 10a und 10b sind zweck mässig derart abgepasst, dass das Ventil 19 bei keinen andern Gelegenheiten betätigt zu wer den braucht, als wenn eine Veränderung der Witterung eingetreten ist, so dass dasselbe während des Sommers ganz oder teilweise offen ist, während es bei Eintritt kälterer 'Witterung nach Massgabe der Erniedrigung der äussern Temperatur mehr oder weniger geschlossen. wird.
Man ist somit imstande, beide Turbinen durch eine denselben gemeinsame Einlassvor- richtung 5 zu steuern. Dies ist, wie oben an gedeutet worden ist, von- grosser Bedeutung, wenn der Betrieb des mittelst der Hilfstur bine getriebenen Hilfsaggregates von dem Betrieb der Hauptturbine abhängig ist, was bei dem oben gewählten Beispiel der Fall ist, wenn die Hilfsturbine zum Betrieb der Ven tilatoren des Kondensators verwendet wird.
Hierbei ist es selbstverständlich mit Rück sicht auf Dampfersparnis vorteilhaft, wenn die Menge der durch den Kondensator ge pressten Kühlluft der von der Hauptturbine in den Kondensator gelieferten Dampfmenge selbsttätig angepasst wird, und wenn die Hilfsturbine nur dann angetrieben wird, wenn Kühlluft erforderlich ist.
Es kann aber in gewissen Fällen auch zweckmässig sein, die Hilfsturbine zu treiben, ohne die Hauptturbine arbeiten zu lassen. Wie oben erwähnt, lä.sst sich dies dadurch ausführen, dass die Hilfsturbine nur durch die Leitung 13 mittelst Dampf getrieben wird. Ein solcher Fall liegt vor, wenn die Lokomotive bei Talfahrt von selbst weiter läuft. in welchem Falle der Hilfsturbine 2 zweckmässig nur durch die Leitung 13 Dampf zugeführt wird.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Abdampf der in dieser Weise getriebenen: Hilfsturbine bei seinem Durchgang durch die Hauptturbine auf die selbe abkühlend wirkt, was von grosser Be deutung ist, um eine allzuhohe Erhitzung der Hauptturbine infolge der Reibung der Laufschaufeln an dem in derselben eventuell zurückbleibenden Dampf zu verhindern.
Bei den dargestellten Ausführungsformen v; ird die ganze Dampfmenge durch die Hilfs turbine geleitet. Es sind aber Ausführungs formen denkbar, bei welchen eine gewisse Dampfmenge der Hauptturbine direkt zuge führt wird durch eine Nebenleitung, welche die Hilfsturbine umgeht. Dabei wird ein so .,erosser Teil der Dampfmenge, welche bei Steuerung der Hauptturbine geregelt wird, zuerst durch die Hilfsturbine gefiihrt, dass die Hilfsturbine von dieser Steuerung ab hängig wird.
Die. Erfindung ist von der Anzahl der Hilfsturbinen, welche zwischen die Haupt- turbine und den Dampfkessel eingeschaltet sind, oder davon, ob diese Hilfsturbinen gegenseitig in Reihe oder parallel geschaltet sind. oder von der Art des Hilfsaggregates, das durch die Hilfsturbine getrieben wird, unabhängig.
Turbine locomotive. In turbine locomotives, that is, in locomotives that are driven ben by a turbine, it has been proposed to also use auxiliary units, eg. B. feed pumps, condensate pumps and the like, to drive turbines through turbines, the exhaust steam of these turbines being conducted in various ways.
For example, these auxiliary turbines were sometimes coupled together in such a way that the exhaust steam from one turbine had to pass through another turbine in whole or in part, or the auxiliary turbines were also coupled to the main turbine, either by the Exhaust steam from the auxiliary turbines has been introduced into the main turbine at such a point where the back pressure is that desired for the auxiliary turbines, or by virtue of the fact that the auxiliary turbines have been fed with steam from the main turbine at a suitable point has been tapped. The main turbine has mainly received its steam directly from the steam boiler of the locomotive and delivered the same directly to a condenser.
Since several of the auxiliary units, due to their nature, often have to be controlled as a function of the main turbine, the control of the locomotive has so far been quite complicated.
The present invention now relates to a turbine locomotive with at least one auxiliary unit driven by an auxiliary turbine and aims to facilitate the control of the locomotives by controlling the auxiliary turbine respectively. the auxiliary unit is made dependent on the control of the main turbine;
The invention consists in that the inflow part of a certain auxiliary turbine for driving an auxiliary unit is connected to the steam boiler and the exhaust line of this turbine is connected to the inflow part of the main turbine, so. that steam for the main turbine first flows through the auxiliary turbine and only afterwards through the main turbine, whereby the power output by the auxiliary turbine is dependent on the control of the main turbine. The invention is illustrated by way of example on the accompanying drawing.
In all the figures the case is shown where only one auxiliary turbine is arranged; but of course there is no obstacle to arranging a plurality of auxiliary turbines in the same manner. Fig. 1 shows a circuit diagram. an arrangement according to the invention, and Fig. 2 a modified embodiment of this arrangement; Fig. 3 shows schematically a detail of the connection between the main turbine and the auxiliary turbine.
In Fig. 1 and 2, 1 denotes the steam boiler of the locomotive, 2 an auxiliary turbine, for example to operate the condenser fans, 3 the main turbine and 4 the condenser. According to Fig. 1, the steam flows from the steam boiler 1 through a high-pressure line 8 to a steam inlet 5 common to the two turbines 2 and 3, which regulates the amount of steam, and from there through the auxiliary turbine 2. The blade system and the inflow part of this auxiliary turbine are like this designed that in the same only a small part of the pressure gradient of the high pressure line 8 passing steam is used.
From the auxiliary turbine 2, the steam is conducted through the line 10 to the main turbine 3, where the entire remaining pressure gradient, i.e. the pressure gradient from the pressure of the inflow steam in the line 10 to the vacuum in the outflow line 11 to the condenser, is used.
By arranging the auxiliary turbine between the steam boiler and the main turbine, one is able to control both the main turbine 3 and the auxiliary turbine 2 with only one steam inlet 5, which of course is of great importance in the case where the auxiliary turbine is in operation is dependent on the operation of the main turbine, which is the case, for example, when the auxiliary turbine, as stated above, is intended to operate fans for promoting the cooling air required for the condenser, because the main turbine is of course not started without cooling air being forced through the condenser at the same time.
The described arrangement also has the advantage that the speed of the auxiliary turbine \? is automatically regulated in accordance with the speed of the main turbine. In the modification shown in FIG. 2, the high-pressure line 8 is branched into two lines 12 and 13, which lead to the auxiliary turbine 2 through controllable steam pipes 5 and 51.
The discharge line 10 of the auxiliary turbine 2 is also branched into several lines: the drawing shows three branch lines 10a, 10b and lüc, which all open into the inflow part of the main turbine 3 and of which two branch lines, lüb and 10e, each with a controllable inlet are ver see. The branch lines can also all be provided with such inlets and be connected to the inlet areas of the inflow part of different sizes.
The exhaust line 11 of the main turbine 3 opens, as before. directly into the capacitor 4. The branch lines 1 \? and 13 each open into a group of guide vanes of the auxiliary turbine 2.
which, as will be explained in more detail in Fig. 3, are constructed in such a way that the steam which is introduced into the turbine through the line 13 processes a greater pressure gradient as it passes through it than the steam which is introduced into the turbine the turbine through line 1? is introduced.
The pressure drop in the first-mentioned case is twofold (- in some cases so large that the pressure in the discharge line 10 becomes the same as the vacuum in the condenser 4. This means that one is able to drive the turbine 2 to be able to without the turbine 3 is started at the same time.
To this end. the steam inlet 5 'is opened while the Daairpfeinla.ss, 5 is kept closed, the steam introduced into the turbine 2 processing such a large steam gradient that the same vacuum is created in the line 10 as in the condenser 4, so that the steam so no steam gradient remains for the main turbine.
If, on the other hand, the steam inlet 51 is closed and 5 is opened, the steam admitted into the turbine 2 will only process a slight pressure gradient, so that sufficient pressure remains to operate the main turbine 3. By opening one or both inlets of the lines lob and 10e, the back pressure after the turbine 2 and thus also the amount of power of the two turbines 2 and 3 can be changed.
The more of these inlets are closed, the greater the counter pressure after the turbine 2, - and the lower the power it will be in relation to that of the turbine. Give 3 from. If the branch lines 10a, 10b and <B> 10e </B> are connected to the inlet areas of the inflow part of the main turbine of different sizes, this change in the counter pressure after the auxiliary turbine can be brought about in smaller steps by opening and closing the inlets.
From Fig. 3, the above-mentioned formation of the auxiliary turbine is clearer. According to this figure, the turbine 2 has a blade wheel 14 and two groups of guide vanes 15 and 16. As mentioned above, these guide vanes 15 and 16 are constructed in such a way that the steam supplied through the line 12 has a lower pressure drop processed its passage through the turbine, while the steam that is introduced through line 13, a larger pressure gradient, for example, processed up to the vacuum in the condenser.
This is caused by the fact that the channels between the guide vanes 15 do not widen towards the impeller 14, so that no expansion of the steam occurs in these guide vane ducts, while the ducts between the guide vanes 16 widen towards the impeller 14 so that the steam is subjected to expansion as it passes through it.
According to Fig. 3, the discharge line 10 of the turbine 2 is respectively in two branch lines loa. 10b branches, of which the branch line 10a is in open connection with the guide blades 17 and the first blade wheel 18 of the main turbine 3. The branch line lob is provided with a control valve 19 through which the steam can be let into the guide vanes 20. When the valve 19 is closed, there is a higher back pressure after the turbine 2 than when the same is open.
In the former case, the turbine 2 thus performs less in relation to the turbine 3 than in the latter case.
If it is assumed, as has been assumed above, that the turbine 2 drives fans for the cooling air of the condenser, then it should evidently deliver a greater power than during the summer, when a larger amount of cooling air is required during winter, when the temperature is lower and thus the amount of cooling air can be reduced.
The branch lines 10a and 10b are expediently adjusted in such a way that the valve 19 does not need to be actuated on any other occasion than when the weather has changed, so that it is completely or partially open during the summer, while it is open when it occurs colder weather more or less closed depending on the lowering of the external temperature. becomes.
It is thus possible to control both turbines through the same common inlet device 5. This is, as indicated above, of great importance when the operation of the auxiliary unit driven by means of the auxiliary turbine is dependent on the operation of the main turbine, which is the case in the example chosen above when the auxiliary turbine is used to operate the Ven fans of the capacitor is used.
It is of course advantageous, with a view to saving steam, if the amount of cooling air pressed by the condenser is automatically adapted to the amount of steam supplied by the main turbine into the condenser, and if the auxiliary turbine is only driven when cooling air is required.
In certain cases, however, it can also be useful to drive the auxiliary turbine without letting the main turbine work. As mentioned above, this can be done by driving the auxiliary turbine only through the line 13 by means of steam. This is the case if the locomotive continues to run on its own when going downhill. in which case the auxiliary turbine 2 is expediently supplied only through the line 13 steam.
This has the advantage that the exhaust steam of the auxiliary turbine driven in this way has a cooling effect on the main turbine as it passes through the main turbine, which is of great importance to prevent excessive heating of the main turbine as a result of the friction of the rotor blades on the one in the same to prevent any remaining steam.
In the illustrated embodiments v; the entire amount of steam is passed through the auxiliary turbine. But there are execution forms conceivable in which a certain amount of steam is fed directly to the main turbine through a secondary line which bypasses the auxiliary turbine. A large part of the steam quantity, which is regulated when the main turbine is controlled, is first passed through the auxiliary turbine so that the auxiliary turbine becomes dependent on this control.
The. The invention depends on the number of auxiliary turbines which are connected between the main turbine and the steam boiler, or on whether these auxiliary turbines are mutually connected in series or in parallel. or regardless of the type of auxiliary unit driven by the auxiliary turbine.