Einrichtung zum langsamen Drehen der Welle einer Dampfturbine mit einer in die Lager fördernden Druckölpumpe zum Ausgleich des Läufergewichtes Es ist schon seit langem bekannt (deutsche Patentschrift 1Vr. 32236'?), dass man den An lauf einer W elle wesentlich erleichtern kann, wenn man vor dem Anlauf durch eine Druck pumpe Öl in die Lager presst, und zwar von ,solchem Druck, dass er, multipliziert mit der iragenden Lagerfläche, etwa, gleich dem Ge- wieht der Welle im Lager ist.
Das Reibungs- monient für den Anlauf geht dann auf den jenigen Wert herunter, der sich beim. Lauf der Welle einstellt, wobei der betriebsmässige Druek bereits weit unterhalb der Betriebs drehzahl erreicht werden kann. Für die fol genden Ausführungen wird davon ausgegan- gen, dass die Welle, die auf diese Weise beim Anlauf entlastet werden, kann, eine Turbinen- welle sei.
Ein Turbinenwelle muss beim Anfahren, häufig auch beim Abstellen und meistens auch bei vorübergehender Abschaltung der Tur bine langsam gedreht werden, um Verziehun- gen zu vermeiden.
Die übliehen. Welleirdreliv orrielitung-en sind tiiit Selinecken- und Stirnradgetriebeir und einem oder mehreren Antriebsmotoren aus- "(,rüstet. Hinzu kommt eine Einrichtung, um ( lie Drehvorrichtung nach Beendigung des Drehbetriebes abzukuppeln.
Der Bauaufwand ist. erheblich und wächst noch mit der For- deriirrg nach höheren Drehzahlen während des Drehvorganges. Gegenstand der Erfindung ist eine wesent lich vereinfachte und verbesserte Einrichtung zum langsamen Drehen der Welle einer Dampfturbine mit einer in die Lager fördern den Druckölpumpe zum Ausgleich des Läufer gewichtes, die sich dadurch auszeichnet, dass als Antriebsmaschine für den Drehbetrieb mit der Maschinenwelle eine besondere Hilfstur bine verbunden_ist. Vorzugsweise wird diese Hilfsturbine als Ölturbine ausgebildet, wo durch sich der Vorteil ergibt,
dass das An triebsmittel für die Turbine ohne weiteres dem von einer Hilfsölpumpe gespeisten Schmier mittelkreis für die Lagerschmierung sowie Druekölentlastung entnommen werden kann. An Stelle von Öl könnte aber auch ein anderes Treibmittel, z. B. Dampf, Luft oder Wasser, Anwendung finden. Auch in diesem Fall bie tet die Anwendung einer besonderen Hilfstur bine für den Drehbetrieb erhebliche Vorteile, weil diese Turbine mit Rücksicht auf die ausserordentlich niedrigen Drehzahlen beim Drehbetrieb bemessen werden kann und weil anderseits die Möglichkeit gegeben ist, das Turbinenrad ohne weiteres mitlaufen zu las sen, wenn der Maschinensatz mit der vollen Betriebsdrehzahl, das heisst also 3000 U/min, oder einer noch höheren Drehzahl, umläuft.
Die einfachste Ausbildung des Turbinenhilfs- antriebes ergibt sich, wenn der Turbinenläu-@ fer direkt mit. der in Drehung zu versetzenden Welle verbunden ist. Unter Umständen kann aber auch der Turbine noch ein Zwischen getriebe zugeordnet werden, um eine Dreh rnomenterhöhung zu erzielen.
Ehe auf die Vorteile der Erfindung näher eingegangen. wird, sei sie zunächst an Hand, des Ausführungsbeispiels der Fig.1 näher er läutert. Es soll ein Maschinensatz, bestehend aus einer Turbine mit der Welle 1 und einem Generator und der Welle 2, gedreht werden. Die beiden Wellen sind durch die Kupplung 3 miteinander verbunden. Voraussetzung für die Erfindung ist, dass die Lager 9 und 10 des .Maschinensatzes durch Öl hohen Druckes ent lastet werden, also reine Flüssigkeitsreibung gewährleistet ist. Die hierfür benötigte Öl- pumpe ist. mit 11 bezeichnet.
Auf die Kupp lung 3 ist ein Schaufelkranz 5 aufgesetzt, der in diesem Falle durch Düsen 6 mit von der Hilfs- ölpumpe 12 gefördertem Öl beaufsehlagt wird. 7 ist die Zuflussleitung, 8 die Abflussleitrrng. An Stelle von Öl kann natürlich auch ein an deres Treibmittel (Dampf, Luft, Wasser) ver wendet \werden. Doch dürfte die Verwendung von Öl am vorteilhaftesten sein.
Das schematische Beispiel zeigt die grosse Einfachheit. Ein Getriebe mit Schnecken, Zahnrädern, Kupplungen und dergleichen entfällt. Ein Elektromotor mit den zugehöri gen Schaltern, Sicherungen, Leitungen usw. wird nicht mehr benötigt. Eine Ölsicherung wird nicht mehr gebraucht, weil bei Verwen dung der Hilfsölpumpe 12 für die Lieferung des Treiböls für die Turbine 5 der Dreh betrieb nur möglich ist, wenn die Hilfsöl- pumpe 12 läuft und fördert. Massnahmen zur selbsttätigen Ausschaltung der Drehvorrich tung werden überflüssig, da selbst dann, wenn die Turbinendrehzahl grösser wird als die Drehzahl, für die der Ölantrieb ausgelegt ist, keine merkliche Gegenkraft entstehen kann.
Die Ventilationsleistung des Schaufelkranzes bei voller Wellendrehzahl ist v ernachlässig- bar gering. Man kann überdies das Schaufel rad verschalen und dadurch den Ventilations verlust weiter herunterdrücken. Wichtig ist die mögliche Verkürzung des Lagerabstandes und die gute Zugänglichkeit des Lagers. Die Drehzahl kann, wie bei andern Turbinen, in gewissen Grenzen verändert werden.
Beim Drehen sind nun zwei Möglichkeiten zu unterscheiden. Man kann die Welle nach dem Abschalten der Turbine mit geringer Drehzahl weiterlaufen lassen. Dann über nimmt die Drehvorrichtung bei noch umlau fender Welle die Funktion des Antriebes, also aus der Bewegung der Welle heraus. Die an dere Möglichkeit ist die, da.ss die Drehvorrich tung die Welle aus dem Stillstand heraus in. Drehung versetzen. soll. In diesem Falle ist das zu überwindende Reibungsmoment der Ruhe wesentlich grösser als im ersten Fall. Für den Lebergang vom. Stillstand zur Bewe gung kann man eine zweite Pumpe vorsehen, die den Treiböldruck entsprechend erhöht und nach dem Ablauf wieder abschaltet.
Das glei che lässt sieh jedoch m.it einfacheren Baumit teln erreichen, wenn man für das Anfahren besondere zusätzliche Düsen vorsieht und an die zu diesen Zusatzdüsen führende Drucköl leitung einen Ölspeicher anschliesst, der den vorübergehenden grösseren Ölbedarf deckt. Die Einsparung einer besonderen Pumpe verrin gert den Bauaufwand in wünschenswertem Umfang.
Im Beispiel sind die Anfahrdüsen mit 15 bezeichnet. Sie können von der Leitung 7 aus über ein Rückschlagventil 13 und ein Absperr ventil 14 beaufschlagt werden. Die Zusehal- tung der Düsen 15 führt zu einer Erhöhung , des Ölbedarfes, der aus einem federbelasteten Ölspeicher 16 gedeckt wird. Nach dem Anfah ren wird das Ventil 14 wieder geschlossen und der Speicher 16 erneut aufgeladen.
Das Rück- sehlagv entil 13 verhindert ein Riickströmen F des Speicheröls; wenn der Druck in der Lei tung 7 unter den im. Speicher 16 sinken sollte. Bei der Bemessung des Antriebes sollte man aber darauf achten, das Drehmoment nicht zu hoch zu wählen. Die Welle darf nicht mit Ge walt durchgedreht werden, etwa dann, wenn der Läufer infolge Gehäuseverkrümmung streift.
Beim Betrieb einer mit druckentlasteten Lagern arbeitenden Maschine wurde eine neue Erkenntnis gewonnen. Die .Maschine wurde bei angestellter Entlastungspumpe durchge dreht und kam dann auf eine Drehzahl, bei der die Selbstschmierung einsetzte. Die Ent- lastungSpumpe wurde infolgedessen abgestellt. Als man einige Zeit später den Maschinensatz überprüfte, stellte man. fest, dass die Ent lastungspumpe lief. Zuerst nahm man an, es sei vergessen worden, ihren. Antriebsmotor abzuschalten, was sieh jedoch als Irrtum er wies.
Schliesslich erkannte man folgendes: Bei der Selbstschmierung war die Förder- wirkung der Welle im Lager so stark, dass aus dem Schmierölfilm der Selbstschmierung so viel ()1 unter einem so hohen Druck in die h:ntlasttingsleitting gelangte, da.ss die Ent lastungspumpe von diesem Öl als Motor an getrieben wurde und dabei ihren Antriebs motor mitnahm. Es war dies wohl das erste mal, dass eine derart starke Förderwirkung überhaupt. festgestellt wurde.
Wenngleich schädliche Folgen dieses Verhaltens bisher nicht erkennbar sind, scheint es doch geboten, diese aus der Selbstschmierung herrührende Ölförderung zu unterbinden, was dadurch ge schehen kann, dass in die Entlastungsleitung cin Rücksehlagventil eingebaut wird. Damit ist die Ölströmungsrichtung in der Ent lastungsleitung definiert. Nur während des Entlastungsbetriebes geht die Ölströmung in der Entlastungsleitung in Richtung auf das Lager.
Nach Erreichen der Selbstschmierungs- drelizalil wird sich möglicherweise eine kurze Zeit ein labiler Zustand einstellen, bis der Druck im Ölfilm. überwiegt und das Rück- sehlagventil schliesst.
In der Figur sind diese Rücksehlagventile mit 1.7 und 18 bezeichnet. Es müssen jetzt noch die Drtielzverhältnisse behandelt werden. Dabei sind. zwei Betriebsstufen zu unterschei den, nämlich der Übergang der noch ruhen den Welle in die Drehbewegung und das Dre hen selbst. Bei Beginn des Drehvorganges muss die Welle gewissermassen losgebrochen werden. Nach dem Stillstand, vor allem nach längerer Stillstandspause, tritt eine Art Kleben der Welle im Lager ein; es besteht also zunächst ein verhältnismässig grosser Reibungswider stand. Nach dem Losbrechen, wenn der Rei- bungswiderstand der Ruhe beseitigt ist, muss die Welle auf dem Ölfilm schwimmen.
Aber jetzt tritt eine bisher noch nicht genügend be achtete Möglichkeit ein. Man hat zunächst ge glaubt, den Entlastaingsdriiek vorsorglicher weise möglichst hoch legen zu sollen, um sicher zu sein, dass der Zustand des Schwimmens tatsächlich eintritt. Die Folge davon ist, dass die Welle zwar mit Sicherheit angehoben und unter ihr ein Ölpolster gebildet wird; aber das Ölpolster wird dann so stark, dass die Welle an der obern Lagerschale zum Anliegen kommt und hier metallische Berührung eintritt. Es wird also das Gegenteil von dem erreicht, was angestrebt wird.
Die Verhältnisse werden dann besonders ungünstig, wenn man jeder Lagerdr uckleitung einen eigenen Pumpenkol ben zuordnet. Dann kann es nämlich vorkom men, dass infolge der unvermeidlichen Abwei- ehungen der Lagerspiele untereinander bei dem einen oder andern Lager der öldrucli. genügend hoch aufgebaut. wird, während er beim andern Lager zu gross ist.
Es ist daher erforderlich, die Öldrücke der einzelnen Lager aufeinander abzustimmen und -eine Möglich keit zu schaffen, den Druck- so einzustellen, dass die Welle mit Sicherheit schwimmt, aber nicht bis zur obern Lagerschale angehoben wird. Eine Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass die zu den einzelnen Lagern führenden Druckleitungen an eine gemeinsame Druck leitung angeschlossen sind, die über ein By- passventil mit dem Ölbehälter in Verbindung steht.
Hierdurch wird folgendes erreicht: Sämt- lielie zu den Lagern führenden Druckleitun gen sind in bezug auf die Ölversorgung par allel geschaltet und zweigen von einer gemein samen Leitung ab. Steigt in einer der Einzel leitungen der Druck an, weil das Lagerspiel geringer ist, so wirkt sich dieser Druckanstieg in gleicher Weise auf die andern Leitungen aus.
Man kann also durch das Bypassventil den Druck in allen Lagern wieder auf den Bestwert zurückführen. Hat hingegen ein La ger etwa ein grösseres Spiel als die andern, wodurch mehr Öl abfliesst, so sinkt der Druck in allen Einzelleitungen und kann durch das Bypassventil dann wieder auf den gewünsch ten Wert angehoben werden. Man erreicht also auf diese Weise einen in allen Lagern glei chen Druckzustand und kann damit uner wünschte Unterschiede in der Druckverteilung ausgleichen.
Man kann aber, und das ist mindestens ebenso wichtig, zunächst einmal den optimalen Entlastungsdruck einstellen. Es ist nämlich nicht so, dass man von vornherein sagen könnte, da.ss ein bestimmter Druck, etwa <B>330</B> atm, der günstigste sei, da auch die Tem peratur eine nicht unbeträchtliche Rolle spielt. Es kann sein, dass man einen höheren Druck einstellen muss, etwa weil das Öl zu warm ist, oder dass eine Druckminderung nötig ist, uni das Anheben der Welle im Lager zu begren zen. Hier ist. das Bypassv entil ein ausserordent lich einfaches und brauchbares Mittel.
Es hat aber noch eine weitere Verwen dungsmöglichkeit. Wie bereits gesagt wurde, muss die gelle vom Stillstand aus zunächst losgebrochen werden. Man kann das von Hand machen, etwa wie man das Schwungrad einer Iiolbenmasehine durchdreht. Aber viel ein facher und müheloser kann man die Welle mit dem Bypassventil losbrechen. Die Ent lastungspumpe wird üblicherweise für einen wesentlich höheren als den Entlastungsdruck ausgelegt. Schliesst man jetzt das Bypassventil oder drosselt man es sehr stark, so baut sieh im Leitungssystem sehr schnell ein sehr. hoher Druck auf. Die Welle bekommt also gewisser massen einen elastischen Stoss.
Genügt dieser noch nicht, so öffnet man das Ventil, senkt den Druck ab und schliesst dieses dann wieder. Man gibt also gewissermassen eine Reihe von elastischen Stössen auf die Welle, bis sie sich von der untern Lagerschale abhebt. Hierin liegt, ein ganz besonderer Vorteil dieser An ordnung.
Die Maschinenlager haben häufig sehr un terschiedliche Wellendurchmesser, so dass die Belastungen in den Lagern sehr verschieden sind. Es kann dann vorkommen, dass für das Lager geringsten Durchmessers der Öldruck zu hoch ist und infolgedessen die Welle zu stark angehoben wird. Sollten sieh hierdureli ungünstige Verhältnisse ergeben, so kann man in diese Lagerleitung ein Drosselventil ein bauen und hierdurch den Entlastungsdruck entsprechend verringern.
Aneh diese Anordnung ist in der Figur dargestellt. Die zu den einzelnen Lagern füh renden Druckleitungen 20, 21 sind parallel an eine gemeinsame Druckleitung 22 ange schlossen, die unter Zwischenschaltung des Bypassventils 23 wieder in den Ölbehälter 21 mündet. Das erwähnte Drosselventil zur Ab gleichung des Druckes im Lager geringeren Durchmessers ist. mit 25 bezeichnet. Es ist wie gesagt nicht immer, sondern nur unter bestimmten Voraussetzungen erforderlich.