DE172107C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

— Λ!172107-KLASSE 14 e. GRUPPE \

Man hat bereits vorgeschlagen, den achsialen Druck einer Turbinenwelle durch Flüssigkeitsdruck auszugleichen, der auf einen Kolben wirkt und selbsttätig durch ein Ventil reguliert wird, wobei das Ventil durch die Längsbewegungen der Welle gesteuert wird, die infolge der Verschiedenheiten der Gegenpressung hervorgerufen werden.

Nach vorliegender Erfindung wird das ίο Ventil zum Regulieren des gegenpressenden Flüssigkeitsdruckes nicht unmittelbar durch die Bewegungen der Welle beeinflußt, sondern durch eine Flüssigkeitsdruckvorrichtung, die selbst durch ein Ventil gesteuert wird, welches seinerseits mechanisch durch die Längsbewegungen der Turbinenwelle verstellt wird. In den Zeichnungen zeigt
Fig. ι einen Teil eines mit Dampfturbinen gemäß vorliegender Erfindung ausgestatteten Seeschiffes, teilweise in Seitenansicht und teilweise im Schnitt,

Fig. 2 einen Teil einer der in Fig. 1 dargestellten Turbinen, teils in Ansicht, teils im Schnitt,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der den achialen Druck ausgleichenden Einrichtung,

Fig. 4 eine vertikale Turbine, die gemäß vorliegender Erfindung eingerichtet ist, teils in Ansicht und teils im Schnitt,

Fig. 5 einen Vertikalschnitt einer Aus-■ führungsform vorliegender Erfindung für vertikale Turbinen,

Fig. 6 einen Längsschnitt teilweise in Ansieht einer Umsteuerungsturbine gemäß vorliegender Erfindung, hauptsächlich für Schiffszwecke.

Die Turbine ι ist eine mehrstufige oder, sogenannte Parsons sehe Turbine, deren Lauftrommel 2 mit einer Reihe von ringförmigen Schaufeln 3 versehen ist, während das Gehäuse 4 entsprechend angeordnete Leitschaufeln 5 trägt. Der Dampf tritt durch einen Einlaßkanal 6 ein und an dem anderen Ende durch einen Auslaßkanal 7 aus.

Gemäß Fig. 2 ist die Trommel 2 an ihrem vorderen Ende mit einem Kolben 10 versehen. Der Raum 11 vor diesem Kolben 10 ist mit der Auspuffkammer der Turbine durch ein Rohr 12 verbunden, in welches ein Ventil 13 eingeschaltet ist. Sobald der Hochdruckdampf in den Einlaßkanal 6 eintritt, tritt er auch in größerem oder geringerem Maße rund um den Kolben 10 herum und in den Raum 11, wobei der in diesem Raum und gegen den Kolben wirkende Druck von der Stellung des Ventiles 13 abhängt. Wenn dieses Ventil vollständig geschlossen ist, so wird sich selbstverständlich der Dampfdruck in dem Raum 11 ansammeln, bis er beinahe gleich dem Druck des in den Einlaßkanal 6 eintretenden Dampfes ist. Bei jeder anderen Stellung des Ventiles 13 wird der Druck in dem Raum 11 entsprechend verringert, so daß dieser achsiale Druck beliebig geändert werden kann, um den achsialen Druck der Schiffsschraube 9 eines Seedampfers 8 (Fig. 1) auszugleichen.

Wenn der Ausgleichskolben 10 von kleinerem Durchmesser als die Turbinentrommel 2 ist,

wie in der Figur gezeigt, so ist eine schmale Ringfläche zwischen der Trommel 2 und dem Ausgleichkolben 10 freigelassen, der stets unter dem vollen Dampfdrucke des Einlaßrohres 6 steht. Hierdurch wird ein konstanter Druck nach der Schraube des Schiffes hin erfolgen, der mehr oder minder den Druck der Schiffsschraube ausgleichen wird. Dieser ausgleichende Druck nun wird sich je nach der Stellung des Ventiles 13 in gleichem Verhältnis zu dem Druck in der Kammer 11 mehr oder minder vermehren. Indessen kann auch der Ausgleichkolben 10 ebenso groß wie die Turbinentrommel selbst hergestellt werden, in welchem Falle die Gegenpressung allein von der Stellung des Ventiles 13 und dementsprechend von dem in der Kammer 11 vorhandenen Drucke abhängen würde.

Damit nun der Dampfdruck in dem Raum 11 selbsttätig entsprechend dem Achsialdruck der Schiffsschraube verändert werden kann, ist ein Drucklager 14 in Form eines Zylinders angeordnet, dessen innerer Umfang mit einer Reihe von Ringen oder Bunden 15 versehen ist, welche zwischen entsprechende Ringe oder Bunde 16 auf der Maschinenwelle 17 greifen und mit ihnen in seitlicher Berührung stehen. Dieses Drucklager nimmt nur einen kleinen Teil des Druckes auf. An dem äußeren Ende des Drucklagerzylinders 14 ist eine Kappe 18 verbolzt, von welcher eine Spindel 19 hervorragt, die an ihrem äußeren Ende ein Ventil 20 trägt. Dieses Ventil liegt in einer Kammer 21, welche einen Auslaß 22 hat und durch eine Bohrung 23 mit einer Kammer 24 in Verbindung steht. Die Verbindung zwischen den Kammern 21 und 24 durch die Bohrung 23 wird durch das Ventil 20 geregelt. In die Kammer 24 wird durch die

Rohre 25 und 26 unter Druck stehendes Öl oder eine andere geeignete Flüssigkeit von einer beliebigen Quelle aus eingeführt. Die Rohre 25 und 26 stehen so miteinander in Verbindung, daß sie nur eine kleine Öffnung 27 für den Durchfluß der Flüssigkeit bilden. Diese öffnung ist in dem vorliegenden Beispiel mit Hilfe eines Nädelventiles 28 verstellbar.

Die Kammer 24 steht mit dem Boden eines Zylinders 29 durch ein Rohr 30 in Verbindung. In dem Zylinder 29 bewegt sich ein Kolben 31. Zwischen diesem und dem oberen Ende des Zylinders . ist eine Spiralfeder 32 eingesetzt. Der Kolben 31 ist durch eine Stange 33, ein Gelenk 34 und einen Hebelarm 35 mit dem Ventil 13 verbunden, welches in dem Rohr 12 liegt und den Durchfluß des Dampfes von der Kammer ti nach dem Auspuff der Maschine regelt.

Die Arbeitsweise der bisher beschriebenen Einrichtung ist folgende:

Im Falle, daß der achsiale Druck infolge der Arbeit der Schiffsschrauben über eine bestimmte Höhe geht, wird das Drucklager einen größeren Druck auf das Ventil 20 ausüben, so daß der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 24 erhöht. wird. Dieser Druck pflanzt sich durch das Rohr 30 nach dem Zylinder 29 fort und wirkt gegen den Kolben 31. Dieser wird deshalb der Wirkung der Feder 32 entgegen gehoben und dadurch das Ventil 13 teilweise oder ganz geschlossen, je nach der Höhe des achsialen Druckes. Auf diese Weise wird auch der Dampfdruck in dem Raum 11 erhöht und dadurch der achsiale Druck der Schiffsschraube genau ausgeglichen. Es ist wünschenswert, daß die Feder 32 eine solche Stärke hat, daß sie einen bestimmten Druck auf das Drucklager 14 und in der Kammer 24 aufrecht erhält. Es ist auch klar, daß der Flüssigkeitsdruck an der Mündung 27, wenn er voll gegen den Kolben 31 durch die entsprechenden Kanäle wirkt, genügend groß sein muß, um die Feder 32 so zusammenzupressen, daß das Ventil 13 vollständig geschlossen wird.

Eine andere Anordnung an' Stelle des Zylinders 29 und des Kolbens 31 ist in Fig. 3 veranschaulicht. Die Änderung besteht aus einer Kammer 36 mit Biegehaut 37, welche go durch eine Stange 38 mit einem Hebelarm 39 verbunden ist, dessen freies Ende mit dem Hebelarm 35 zur Steuerung des Ventiles 13 durch eine Stange 40 verbunden ist. Die Biegehaut 37 wird gewöhnlich in ihrer untersten Stellung durch eine Spiralfeder 41 gehalten und kann mittels Druckflüssigkeit, die in den Raum der Kammer 36 unterhalb der Biegehaut durch das Rohr 30 von der Kammer 24 eingeführt wird, nach aufwärts bewegt werden, um eine Bewegung des Ventiles 13 zu erzielen.

Bei vertikalen Kondensationsturbinen, welche zum Antreiben von Dynamomaschinen benutzt werden sollen, werden die rotierenden Glieder der Generatoren von der Turbinenwelle getragen. Die Turbinenwellen sind deshalb einem achsialen Druck unterworfen, welcher durch geeignete Mittel aufgenommen werden muß. Eine geeignete Abänderung für diesen Zweck ist in der Fig. 4 dargestellt. Da die hauptsächlichsten Teile der Einrichtung sich nicht wesentlich von den schon beschriebenen unterscheiden, so haben diese Teile dieselben Bezeichnungen wie in den vorhergehenden- Figuren.

Da es sich zuweilen ereignet, daß der Dampfdruck an dem Einlaß nur um wenig höher ist als der Auspuffdampf, z. B. wenn die Dynamomaschine wenig belastet ist, so würde, obgleich auch der Druck' in der Kammer 11 entsprechend erhöht werden kann,

dieser Druck doch ungenügend sein, das tote Gewicht der rotierenden Teile der Dynamomaschine und der Turbine auszugleichen.

Um nun diese Verhältnisse zu berücksichtigen,wird vorteilhaft die Einrichtung nach Fig. 5 verwendet, welche eine weitere Ventilkammer 42 enthält, in welche Frischdampf durch ein Rohr 43 zugelassen wird. Die Ventilkammer 42 ist mit einer doppelten Scheidewand 44 versehen, deren Zwischenraum mit dem Raum 11 durch ein Rohr 45 in Verbindung steht. Ein Ventil 46, welches gewöhnlich die Kanäle in der doppelten Scheidewand verschließt, ist durch eine Spindel 47 und einen Hebelarm 48 mit der Spindel 49 eines Kolbens 50 verbunden, welcher dem Kolben 31 der Fig. 1, 2 und 4 entspricht. Das obere Ende der Spindel'49 trägt einen Kolben 51, welcher in einem Zylinder 52 unter dem Einfluß einer Spiralfeder 53 steht. Der Zylinder 52 ist mit einer Stange 54 versehen, welche mit dem Ventil 13 durch ein Gelenk 55 und einen Arm 56 in Verbindung steht. Ein Zylinder 57 und eine Feder 58, welche dem Zylinder 29 bezw. der Feder 32 der Fig. 1, 2 und 4 entsprechen, haben eine größere Länge als die entsprechenden Teile der anderen Figuren, so daß der Kolben 50 eine größere Bewegung ausführt.

Es folgt daraus, daß der Kolben, nachdem er sich um einen Betrag bewegt hat, der genügt um das Ventil· 13 zu schließen, seine Bewegung unter der Wirkung der Druckflüssigkeit fortsetzen kann, die Feder 53 in dem Zylinder 52 zusammenpreßt und zu gleicher Zeit den Hebel 48 um so viel bewegt, daß das Ventil 46 gehoben und Frischdampf durch das Rohr 45 nach der Kammer 11 in einer solchen Menge zugeführt wird, daß das tote Gewicht der rotierenden Teile ausgeglichen ist.

In Fig. 6 gleichen die meisten Teile in Bauart und Wirkungsweise den in den vorhergehenden Figuren beschriebenen. Der Dampfeinlaßkanal 59 ist jedoch mit einem Umsteuerventil 60 versehen, welches durch eine beliebige Vorrichtung, die nicht dargestellt ist, derart gedreht werden kann, daß der Dampf entweder zu dem Einlaßkanal 61 der Turbine, welche Schaufeln 62 zum Vorwärtslauf besitzt, oder zu dem Einlaßkanal 63 des Teiles der Turbine geleitet wird, welcher mit Schaufeln 64 zum Rückwärtslauf versehen ist. Die Turbine für Vorwärts- und die für Rückwärtslauf haben einen gemeinsamen Auspuff 65.

. Wenn eine Turbine unter Dampfdruck steht, so wird die andere sich im Vakuum befinden. Die Verluste infolge des Leerlaufs werden nur sehr klein sein.

Die vorwärtslaufende und die rückwärtslaufende Turbine können vollständig getrennte Maschinen bilden, statt Teile einer einzigen, wie in der Zeichnung dargestellt, zu sein. Die einzige Welle der Umsteuerungsturbine ist mit zwei Drucklagern 66 und 67 und zwei Ausgleichkolben. 68 und 69 versehen. Eine Kammer 70 ist hinter dem Ausgleichkolben 68 und eine ähnliche Kammer 71 hinter dem Ausgleichkolben 69 vorgesehen. Die Bauart und Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist im wesentlichen dieselbe wie die der schon beschriebenen.

Wenn das Schiff vorwärts fährt, wird der von den Schiffsschrauben kommende Druck von dem Drucklager 66 aufgenommen. Infolgedessen wird der Winkelhebel 72, dessen einer Arm mit dem Drucklager und dessen anderer Arm mit der Ventilspindel 73 verbunden ist, das Ventil 20 auf seinem Sitz halten, und dadurch die durch eine Pumpe 75 nach dem Zylinder 29 durch die Rohre 25 und 30 und die Kammer 24 geleitete Druckflüssigkeit in derselben Weise das Ventil 13 der von der Kammer 70 nach'dem Auspuff führenden Leitung 12 schließen.

Sobald der Dampf von dem Einlaßkanal 61 durch das Ventil 60 abgeschnitten ist und der rückwärts laufenden Turbine durch den Kanal 63 zugeführt wird, wirkt der von den Schiffsschrauben kommende Druck in entgegengesetzter Richtung auf das Drucklager 67. In diesem Falle wird dann die Vorrich-, tung an dem Ende der Turbine, die in Bauart und Wirkungsweise der in Verbindung mit dem Drucklager 66 beschriebenen Vorrichtung gleich ist, den Schiffsschraubendruck ausgleichen. Gleichzeitig wird der Druck auf das Drucklager 66 aufgehoben und die Flüssigkeit in der entsprechenden Kammer 24 in dem Zylinder 29 und in dem dieselben verbindenden Rohr herausgelassen, und zwar durch entsprechendes Heben des Ventiles 20. Die Flüssigkeit fließt dann durch das Rohr 22 in den Behälter 74 aus.

Die in dieser Vorrichtung verbrauchte Flüssigkeit wird aus dem Behälter 74 abgesaugt und unter entsprechendem Druck durch die Rohre und Kammern vermittels der Pumpe 75 hindurchgedrückt. Diese Pumpe kann von einer beliebigen äußeren Kraftquelle aus oder durch die Turbine selbst angetrieben werden.

Es ist ersichtlich, daß eine geringe seitliche Bewegung der Turbine stattfinden und der ganze rotierende Teil sich in der Längsrichtung von dem einen Drucklager nach dem anderen etwas verschieben wird. Wenn die Turbine vorwärts läuft, wird also die Stellung des Drucklagers 66 eine solche sein, daß der Ausgleichkolben 68 genau eingestellt ist. Wenn indessen der Druck umgekehrt wird,

so wird der rotierende Teil sich in der Längsrichtung etwas bewegen, bevor der Druck durch das Drucklager 67 aufgenommen wird, und so eingestellt werden, daß, wenn der Druck der Welle durch dieses Lager aufgenommen wird, der Ausgleichkolben 69 die entsprechende Einstellung zwecks sicherer Abdichtung erhält.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Vorrichtung zum Ausgleichen des achsialen Druckes einer Turbinenwelle mittels des auf einen Entlastungskolben wirkenden und selbsttätig durch ein Ventil bei der Längsverschiebung der Welle geregelten Druckes des Arbeitsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß das den Entlastungsdruck regelnde Ventil (13) durch eine Flüssigkeit gestellt wird, deren Druck durch ein von der Welle zu bewegendes Ventil (20) beeinflußt wird.

2. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (20) den Auslaß (23) der Kammer (24) mehr oder· weniger drosselt oder abschließt, wodurch der Flüssigkeitsdruck in der Kammer (24) entsprechend gesteigert wird, so daß die Verstellung des fe.derbelasteten, mit dem Ventil (13) verbundenen Kolbens (31) bezw. der Biegehaut (37) erfolgt.

3. .Abänderung der Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, bei welcher die Ausgleichkolbenkammer in beschränkter Verbindung mit der Einlaßkammer der Turbine steht, gekennzeichnet durch die Anordnung einer elastischen Kupplung (52) zwischen dem Arbeitskolben (50) und dem den Entlastungsdruck regelnden Ventil (13) und eines Ventiles (46), welches einen weiteren Einlaß für den normalen Flüssigkeitsdruck nach der Ausgleichkammer (11) steuert und durch die weitere Bewegung des Steuerkolbens (50) nach dem Schließen des Regelventiles (13) betätigt wird, zum Zwecke, den achsialen Druck selbst dann auszugleichen,· wenn der Druck in der Einlaßkammer der Turbine nur gering ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.