DE181583C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14 c. GRUPPE

kommenden Schaufelkränzen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 11. Dezember 1904 ab.

Die Erfindung· bezieht sich auf mehrstufige Schiffsturbinen, welche mittels eines elastischen Triebmittels betrieben werden, die umsteuerbar und für zwei verschiedene Gesch windigkeiten beim Vorwärtsgang eingerichtet sind. Zweck der Erfindung ist, eine Turbine der obengenannten Art zu schaffen, bei welcher die Änderung der Drehrichtung und der Geschwindigkeit in einfacher Weise bewirkt und bei allen Betriebsverhältnissen ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird. Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die Turbine mit drei konzentrischen Arbeitskanälen (Leit- und Laufkanälen) von gleicher Länge versehen ist, deren Ventile von einem gemeinsamen, auf verschiedene Geschwindigkeit einstellbaren Regler beeinflußt werden und von denen der eine ausschließlich für volle Vorwärtsgeschwindigkeit, der zweite ausschließlich für eine geringere Vorwärtsgeschwindigkeit und der dritte nur für Rückwärtsfahrt dient.

In beiliegender Zeichnung ist Fig. 1 eine Seitenansicht der verbesserten Schiffsturbine samt Regelungsvorrichtung, Fig. 2 eine Vorderansicht der Regelungsvorrichtung, teilweise im Schnitt, Fig. 3 eine Einzeldarstellung des Reglers und des Steuerzylinders und Fig. 4 ein Schnitt nach Linie x-x der Fig. 2.

Fig. 5 und 6 zeigen das Einstellventil, welches zwischen die eigentliche Regelungsvorrichtung und die Antriebsvorrichtungen der Einströmventile eingeschaltet ist, in zwei Stellungen. Fig. 7 ist eine Ansicht des Einstellventils. Fig. 8 zeigt im Schnitt einen Satz von Einströmventilen samt zugehörigen Antriebsvorrichtungen. Fig. 9 ist ein Schnitt nach Linie x-x in Fig. 8. Fig. 10 zeigt im Schnitt einen Satz von Ventilen, die zu einer der weiteren Turbinenkammern gehören, sowie das zugehörige Laufrad. Fig. 11, 12 und 13 sind Schnitte nach x'-x', x"-x", x'"-x"' in Fig. 10.

Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist eine mehrstufige Aktionsturbine zu- gründe gelegt. Das Triebmittel gelangt durch Leitung 1 (Fig. 4) in einen ringförmigen Kanal 2 des Turbinendeckels 3 und dann in einen der drei Einströmleitkränze, in deren Kanäle 4, 5, 6 in Form von Dreh-Schiebern ausgeführte Einströmventile 7, 8, 9 (Fig. 8) eingebaut sind. Wie aus Fig. 8 und 9 zu ersehen ist, sind je drei Ventile 7, 8, 9 in einer gemeinsamen radialen Bohrung des Turbinendeckels untergebracht. Das Innere der Turbine ist durch Scheidewände 10 (Fig. 4) in Kammern oder Stufen geteilt. Diese Scheidewände sind am Umfang entsprechend verbreitert und nehmen die Leitkanäle 4^a, 5^a, 6^a, deren Ventile γ^α, 8^a, g^a

und die Antriebsvorrichtungen der Ventile (s. Fig. ii, 12 und 13) auf. Jedes Laufrad ist mit drei Schaufelkränzen 22, 23, 24 versehen, welche mit den Leitkanälen 4, 5, 6 zusammen arbeiten. Im nachstehenden sollen der Kürze halber die drei getrennten ringförmigen und konzentrischen Durchflußkanäle, welche durch die aufeinander folgenden Leitkanäle und Laufkanäle zusammengenommen gebildet werden, mit 4, 5 und 6 bezeichnetwerden.

Wie bereits oben erwähnt wurde, sind zwecks Vereinfachung der Herstellung je drei Ventile 7, 8, 9 bezw. J^a, 8^a, g^a in einer Bohrung untergebracht. Je drei zugehörige Einströmleitkanäle 4, 5, 6 stehen durch eine radiale Zweigleitung 25 mit dem ringförmigen Kanal 2 des Turbinendeckels in Verbindung.

Die Arbeitskanäle 6 sind derart gestellt und bemessen, daß sie der Turbine eine Rückwärtsdrehung erteilen und eine geringere Arbeitsleistung entwickeln als die für Vorwärtsgang mit voller Geschwindigkeit bestimmten Kanäle 5. Die äußersten Kanäle 4 werden für Vorwärtsgang mit halber Geschwindigkeit benutzt. Es wird stets nur einer der drei Kränze zur Wirkung gebracht, während die beiden anderen ausgeschaltet sind. Dies geschieht hier,, wie später ausführlicher beschrieben werden soll, dadurch, daß sämtliche Ventile der auszuschaltenden Kränze geschlossen werden, wogegen die Ventile des arbeitenden Kranzes unter dem Einflüsse der Regelungs vorrichtung stehen und eine der Belastung entsprechende Treibmittelmenge durchlassen.

Die Antriebsvorrichtungen 30, 31, 32 (Fig. 4) der Ventile 7, 8, 9 bestehen aus Differentialzylindern 33, 34, in welchen sich Differentialkolben 36 bewegen, die aus Hochdruckkolben 38 und Niederdruckkolben 37 bestehen und durch Lenker 39 mit Kurbelarmen 40 der Ventile 8 oder mit Armen 41 der inneren und äußeren Ventile 7 und 9 verbunden sind.

Die Arme 40 der mittleren Ventile 8 sind der verhältnismäßig großen Länge dieser Ventile wegen, um ein Ecken infolge einseitigen Antriebes zu vermeiden, ungefähr in der Ventilmitte angeordnet.

Von den Kanälen 4, 5 und 6 führen Leitungen 53 zu den Zylindern 34, durch welche das Treibmittel unter die Hochdruckkolben 38 der Differentialkolben 36 eintritt. Die Räume zwischen den beiden Kolben 38 und 37 bezw.

die Räume unter den Kolben 37 stehen durch innerhalb des Deckels 3 ausgebildete Leitungen 54 (Fig. 9) mit der ersten Turbinenkammer in Verbindung. Durch die.Leitungen 55, 56 und 57 (Fig. 8) wird ein Druckmittel von veränderlicher Spannung über die Niederdruckkolben 37 eingelassen. Wenn der Einfluß dieses Druckmittels denjenigen des durch Kanal 53 zuströmenden Treibmittels und des durch Kanal 54 zuströmenden Kammerdruckes übersteigt, wird der Differentialkolben nach abwärts bewegt und schließt das zugehörige Einströmventil. Überwiegen Kammer- und Treibmitteldruck zusammengenommen die Wirkung des Druckmittels auf den Niederdruckkolben, so hebt sich der Differentialkolben in die in Fig. 9 gezeigte Stellung und das Ventil wird geöffnet. Ist die Turbine eine mehrstufige, so führen von den Leitungen 55, 56 und 57 Zweigleitungen 55« 56« 57^a zu je einer Reihe von Antriebsvorrichtungen der Stufen- oder Zwischenventile J^a, 8^a, g^a, so daß gleichzeitig mit einem Ein- " strömventil je ein Stufenventil der aufeinander folgenden Leiträder geöffnet oder geschlossen wird. Die Antriebsvorrichtungen der Stufenventile bestehen, wie in Fig. 4 und 12 dargestellt, aus einfachen Zylindern 58, welche in den Scheidewänden ausgebildet und durch Schraubenkappe 59 nach außen abgeschlossen sind. In diesen Zylindern bewegen sich Kolben 60, die in ähnlicher Weise wie die Differentialkolben durch Lenker 39 mit Armen 41 der Stufenventile verbunden sind. Das Druckmittel tritt durch Leitungen 55^, 56^a, S7^a oberhalb der Kolben 60 ein, während die Unterseiten der Kolben durch Leitungen 53 dem Einflüsse des im zugehörigen Leitkanal herrschenden Treibmitteldruckes ausgesetzt sind. Die Einrichtung ist derart getroffen , daß, wenn der Druck in einer der Leitungen 55 bezw. 56, 57 die an diese Leitung angeschlossenen Einströmventile 7 bezw. 8, 9 schließt, der Druck in der zugehörigen Zweigleitung 55" bezw. ζ6^α, $j^a auch die zugehörigen Ventile J^a bezw. 8^a, g^a schließt. Sind somit sämtliche Einströmventile eines Kranzes geschlossen, so sind es auch die sämtlichen zugehörigen Stufenventile.

Die Regelungsvorrichtung bildet an sich keinen Gegenstand der Erfindung. Sie ist, wie in Fig. 4 dargestellt, in einem Gehäuse 61 untergebracht, an welches der Zylinder 62 des Spannungsreglers des Druckmittels angegossen ist. Der Zylinder steht durch Kanal 63 und durch eine entsprechende Leitung mit dem Auspuff 11 oder mit der Atmosphäre in Verbindung. Eine zweite Leitung 64 führt von dem Zylinder zu dem Kessel oder einem anderen Hochdruckbehälter. Zwischen den Mündungen der Leitungen 63 und 64 bewegt sich unter dem Einflüsse eines Fliehkraftreglers ein Drosselkolben 65, welcher nahe den Enden mit ringförmigen Nuten 67 und 69 und zwei entgegengesetzt angeordneten, keilförmigen Ausnehmungen 66 (Fig. 4) und 68 (Fig. 3) ausgebildet ist, von denen die eine 66 mit der Nut 67, die an-

dere 68 mit der Nut 69 in Verbindung steht. Der Kolben sitzt dampfdicht in dem Zylinder, so daß also die beiden Ausnehmungen voneinander und dem Zylinderinnern ganz abgeschlossen sind. Er ist mit Kolbenstangen 70, 71 versehen, die durch entsprechende Packungen in den Zylinderdeckeln 72 nach außen reichen. Durch die Kolbenstangen und den Kolben hindurch erstreckt sich eine Welle 73 von rechteckigem Querschnitt, welche an ihrem unteren Ende ein Kegelrad 74 trägt, das mit einem von der Turbinenwelle 18 getriebenen Kegelrad 75 in Eingriff steht. Das zwischen Turbinenwelle und Rad 75 eingeschaltete Vorgelege kann von dem rechtsseitigen Lager 76 der Turbine aufgenommen werden (Fig. 1). An ihrem oberen Ende trägt die Welle 73 einen Fliehkraftregler T], in dessen Gehäuse zwei Winkelhebel 78 gelagert sind, deren obere Enden entsprechende Gewichte tragen, während die unteren Arme einen Bund 79 der Kolbenstange untergreifen. Bei wechselnder Umlaufgeschwindigkeit der Welle 73 wird somit der sich mitdrehende Kolben 65 durch den Fliehkraftregler achsial verschoben. Der Kolben ist derart ausgebildet, daß er bei seiner Abwärtsbewegung die Mündung der Hochdruckleitung 64 freilegt und gleichzeitig die der Auspuffleitung 63 schließt und umgekehrt, somit- fortwährend drosselnd wirkt. Infolge dieser Wirkung des Kolbens ist die Spannung des (durch Leitung 64 und Ringnut 69 eintretenden) Druckmittels in der Ausnehmung 68 eine veränderliche, und zwar nähert sich dieselbe der Hochdruckspannung in 64 mehr oder weniger, je nachdem der Kolben die Mündung dieser Leitung mehr oder weniger freilegt. Zwischen den Leitungen 63 und 64 führt eine dritte Leitung 80 von dem Zylinder 62 zur Mitte des oberen Teiles des Gehäuses 61. In diesem Gehäuse sind zwei Reihen von hintereinander geschalteten Steuerventilen A bis F und A' bis F' (s. Fig. 2) angeordnet, welche durch das durch Leitung 80 zuströmende Druck-■ mittel von veränderlicher Spannung geregelt werden, und zwar derart, daß bei einem bestimmten Steuermitteldruck eine bestimmte Anzahl von Differentialkolben in der unteren Grenzstellung gehalten werden. Wird die Spannung des Steuermittels im entgegengesetzten Sinne aufeinander folgenden Schwankungen unterworfen, so wird eines der Ventile abwechselnd geöffnet und geschlossen. Diese Schwankungen werden dadurch hervorgerufen, daß die Leitung 80 abwechselnd mit den beiden Ausnehmungen 68 und 66 des Steuerkolbens 65 in Verbindung tritt, in denen der Druck verschieden ist. Um nun die oben beschriebenen Steuerventile zur Regelung der Einström- und Stufenventile der Turbine auszunutzen, sind von den Verbindungsleitungen 88 (Fig. 2) und von den ersten Zylindern 82 der Ventile A und A' Leitungen 91 zu einem Einstellventil 92 geführt, welches in Form eines durch die ganze Länge des Gehäuses 6i sich erstreckenden Drehschiebers ausgeführt ist und mittels Kurbel 93 (Fig. 2) von Hand in eine der drei in Fig. 4, 5 und 6 gezeigten Stellungen gebracht werden kann. In derselben Querschnittsebene wie die Mündung einer jeden Leitung 91 sind in dem Ventilgehäuse drei Kanäle angeordnet, welche zu den Leitungen 55, 56 und 57 führen, die an den anderen Enden mit den Zylindern 33 einer radialen Reihe von Ventilen 7, 8, 9 in Verbindung stehen. Das Ventil 92 ist in den Ebenen der Mündungen der Leitungen 91 mit Querkanälen 94 und mit Ausnehmungen 95 (Fig. 7) versehen, welche am Umfang eine solche Weite besitzen, daß die Kanäle 94 in jeder der drei Ventilstellungen durch die Ausnehmungen 95 mit den zugehörigen Leitungen 91 in Verbindung stehen. Von der Hochdruckleitung 87 führen kurze Kanäle 97 zu Ausnehmungen 98 des Ventils, welche durch Kanäle 100 mit Ausnehmungen 99 dauernd verbunden sind, die auf der entgegengesetzten Seite der Querkanäle 94 angeordnet sind und die, wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, um die Querkanäle 94 herumgeführt sind. Es ist aus Fig. 4 bis 6 ersichtlich, daß bei jeder der drei Stellungen des Ventils eine der Leitungen 55, 56, 57 mit Leitung 91 und die beiden anderen Leitungen mit der Hochdruckleitung in Verbindung stehen. Es werden somit stets in zwei Radkränzen sämtliche Einström- und Stufenventile durch den Hochdruck geschlossen sein, während die Ventile des dritten Kranzes unter dem Einflüsse des Steuermittels stehen. Die Wirkungsweise ist folgende: Bei der in Fig. 3 und 4 dargestellten Lage stehen die Kanäle 94 mit den Leitungen 55 in Verbindung, welche zu den Antriebsvorrichtungen 30 der Ventile 7 und 7^a der äußersten Kränze führen. Bei stillstehender Turbine drückt eine Feder 101, welche zwischen einem Bund 102 der Welle 73 und einem Einsatz 103 der Kolbenstange 70 eingespannt ist, den Drosselkolben 65 der Wirkung der Hebel 78 auf Bund 79 entgegen nach abwärts, so daß Kanal 64 ganz freigelegt und der Auspuffkanal 63 vollkommen geschlossen ist. Wird nun die Leitung 80 mit der Ausnehmung 68 in Verbindung gebracht, so werden sämtliche Steuerventile durch den Hochdruck des Steuermittels nach abwärts bewegt, so daß das hochgespannte Druckmittel von allen Leitungen 91 und 55 abgesperrt ist. Infolge-

dessen werden die mit den Turbinenventilen der Kränze 4 und 4" verbundenen Kolben durch den auf die Unterseiten derselben wirkenden Triebmittel- bezw. Kammerdruck gehoben und sämtliche Einström- und Stufenventile werden geöffnet. Dadurch kommt die Turbine in Gang, und bei einer gewissen Geschwindigkeit derselben hebt der Regler den Drosselkolben 65 und verringert durch Drosselung der Mündung des Kanals 64 die Spannung des Steuermittels in Leitung 80, bis die Wirkung dieser Spannung in dem äußersten Zylinder F kleiner als die Gegenwirkung der konstanten Spannung wird, worauf der Steuerkolben in F hochgeht und den hohen konstanten Druck einerseits in den Zylinder des benachbarten Steuerventils E, andererseits über Leitungen 91, 94 und 55 in eine Antriebsvorrichtung 30 (bezw. in eine Gruppe von parallel geschalteten Antriebsvorrichtungen 30) eintreten läßt. Dadurch wird ein Einströmventil 7 und die zugehörigen Stufenventile 7^a oder eine Gruppe von Ventilen 7 und 7^a geschlossen und die Triebmittelmenge verringert. Bei weiterem Wachsen der Turbinengeschwindigkeit werden die Kolben der Steuerventile E, D, C usw. nacheinander gehoben und zugehörige Ventile 7 und y^a geschlossen, bis in der höchsten Stellung des Drosselkolbens 65 der Kanal 64 ganz geschlossen ist und sämtliche Einströmventile und Stufenventile des der Regelung unterstehenden Kranzes geschlossen sind. Der umgekehrte Vorgang findet selbstverständlich bei Abnahme der Turbinengeschwindigkeit statt.

Da die Turbinengeschwindigkeit bei Beaufschlagung des äußeren Kranzes 4 nur ungefähr halb so groß als die volle Geschwindigkeit ist, so ist es erforderlich, eine Einrichtung zu treffen, durch welche der Fliehkraftregler auf verschiedene Geschwindigkeit eingestellt werden kann. Zu diesem Zwecke ist das Gehäuse yy mit einer zylindrischen

4-5 Verlängerung ausgebildet, auf deren Gewinde 104 eine hohle Kappe 105 in verschiedener Höhenstellung eingestellt werden kann. Zwischen dieser Kappe und dem Bund 103 ist eine zweite Feder 106 eingespannt, welche die Wirkung der Feder ιοί auf den Drosselkolben 65 unterstützt. Bei voller Turbinengeschwindigkeit werden beide Federn angewendet, soll jedoch die Turbine mit halber Umdrehungszahl laufen, so wird die Kappe 105 so weit ausgeschraubt, daß die Feder 106 ganz entspannt ist und somit keine Wirkung ausübt. Um die Reibung zwischen Bund 79 und Hebel 78 zu verringern, ist letzterer mit einer Rolle 107 versehen.

Wird das Ventil 92 in die in Fig. 5 gezeigte Stellung gebracht und die Kappe ganz eingeschraubt (Fig. 3), so läuft die Turbine mit voller Geschwindigkeit nach vorwärts. Bei der in Fig. 6 gezeigten Ventilstellung dreht sich die Turbine mit voller Geschwindigkeit nach rückwärts.

Um eine Regelung der Turbine von Hand im Falle einer Beschädigung des Reglers zu ermöglichen und das Anlassen zu erleichtern, wenn die Leitung 80 an den Auspuff ange- η₀ schlossen ist und sämtliche Turbinenventile geschlossen sind, empfiehlt es sich, jedes Steuerventil mit einem durch den Deckel des Gehäuses 61 nach außen reichenden Schaft

108 zu versehen, der durch eine Stopfbuchse

109 abgedichtet ist.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :

   Mehrstufige Dampfturbine mit mehreren konzentrischen, abwechselnd zur Wirkung kommenden Schaufelkränzen, dadurch gekennzeichnet, daß drei konzentrische Arbeitskanäle von gleicher Länge vorhanden sind, deren Ventile von einem gemein- gg samen, auf verschiedene Geschwindigkeit einstellbaren Regler beeinflußt werden und von denen der eine ausschließlich für volle Vorwärtsgeschwindigkeit, der zweite ausschließlich für eine kleine Vorwärtsgeschwindigkeit und der dritte für Rückwärtsfahrt dient.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.