DE187257C - - Google Patents

Description

Γ"

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- Λ* 187257 KLASSE 14 c. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. Dezember 1904 ab.

Die Erfindung betrifft eine Regelungsvorrichtung für Turbinen mit wiederholter Beaufschlagung desselben Rades und besteht in der Anordnung von Doppelventilen in mehreren der aufeinander folgenden Einlaßabteilungen zur Benutzung einmal zum Einlassen von Frischdampf zur zugehörigen Einlaßabteilung, dann aber auch als Durchgangsventile für den Abdampf der vorhergehenden Abteilung mit dem Zwecke, eine Regelung der Leistung in der Weise zu ermöglichen, daß bei geringster Leistung alle Ventile hintereinander geschaltet sind und das erste Frischdampf erhält, während die übrigen den Eintritt von Frischdampf abschließen, bei steigender Leistung hingegen das zweite Ventil Frischdampf einläßt, das erste Ventil gänzlich aus dem Dampfweg ausgeschaltet ist, während die weiteren Ventile in Hintereinanderschaltung als Durchlaßorgane dienen und schließlich bei höchster Leistung nur das letzte Ventil Frischdampf erhält, während alle übrigen Ventile aus dem Dampfweg ausgeschaltet sind.

In den Zeichnungen stellt Fig. 1 einen senkrechten Mittelschnitt einer Ausführungsform der als Achsialturbine gedachten Turbine dar. Fig. 2 zeigt die Abwickelung eines Teiles der Turbine, aus der die Laufrädkanäle, die Leitschaufeln, die Trennwände der Einlaßkammern und die Ventile zur Regelung des Dampfes erkennbar sind. Fig 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 2.

Die Turbine besteht aus einer Reihe von Kammern für hochgespannten Dampf und einer Reihe von Kammern für niedriggespannten Dampf, welche so angeordnet sind, daß der Dampf, nachdem er durch die Kammern für hochgespannten Dampf und durch die Laufradkanäle hindurchgegangen ist, in die Kammern für niedriggespannten Dampf und aus diesen wiederum in die Laufradkanäle eintritt usf. Jede dieser Reihen von Kammern setzt sich zusammen aus untereinander verbundenen Einströmungs- und Auslaßkammern, die dazu dienen, den Dampf den Laufradkanälen zuzuführen bezw. den aus denselben austretenden Dampf aufzunehmen und ihn aus den Auslaßkammern wieder in die Einströmungskammern zu führen, worauf er von neuem auf die Laufradschaufeln einwirkt, von den Auslaßkammern aufgenommen und den Einströmungskammern zugeführt wird, wobei er gezwungen ist, vom Dampfeinlaß bis zum Dampfauslaß einen spiralförmigen Weg zurückzulegen.

Die Laufräder E und F sind an ihrem Umfang unter den Kammern mit hochgespanntem bezw. niedriggespanntem Dampf mit einer Anzahl nebeneinander angeordneter, unter einem Winkel von ungefähr 30⁰ gegen die Drehebene der Laufräder geneigten Kanälen G (Fig. ι und 2) ausgestattet. Die Kanäle G werden durch aus den Laufrädern ausgearbeitete U-förmige Ausnehmungen gebildet, welche an ihrer Einlaßseite vorzugsweise rechteckige Form haben und an ihrer Auslaßseite etwas größer sind als an ihrer Einlaßseite, was von gewissem Vorteil ist, wenn die Umfangsgeschwindigkeit des umlaufenden Teiles beträchtlich geringer ist als

die Hälfte der Geschwindigkeit des einwirkenden Dampfstrahles.

Um die dem Dampf innewohnende Energie auszunutzen, ist das obere, mit hochgespanntem Dampf erfüllte Gehäuse C dadurch in eine Mehrzahl von Kammern geteilt, daß eine kreisförmige Trennwand N mit passend angeordneten Öffnungen iV° (Fig. 3) das Gehäuse in zwei Abteilungen trennt, von denen sich die eine über der Einlaßseite, die andere über der Auslaßseite der Laufradkanäle befindet. Von diesen beiden Abteilungen wird diejenige über der Einlaßseite der Kanäle durch Trennwände N¹ in Eintrittskammern und diejenige über der Auslaßseite der Kanäle durch Trennwände N² in Auslaßkammern geteilt. Die Kammern beider Abteilungen sind so angeordnet und bemessen, daß sie im Verhältnis zur Dampfexpansion wachsen und diejenige Dampfgeschwindigkeit aufrechterhalten wird, welche die größte nutzbare Arbeit gewährleistet. Die Kammern stehen untereinander in der Weise in Verbindung, daß der von einer Kammer in die andere übertretende Dampf nacheinander aus der ersten Eintrittskammer in eine Gruppe von Laufradkanälen eintritt, deren Anzahl dem Grad der Expansion entspricht, sodann aus diesen Kanälen in eine Aufnahmekammer, durch die Öffnung der Ringwand N in die nächste Eintrittskammer, in die folgende Gruppe von Laufradkanälen und aus diesen durch die nächste Aufnahmekammer und Öffnung der Ringwand in die nächste Eintrittskammer strömt usf., also einen spiralförmigen Weg zurücklegt und auf demselben allmählich expandiert. Das Niederdruckgehäuse ist mit einer Ringwand M, die der Ringwand N des Hochdruckgehäuses entspricht, und mit ähnlichen Trennwänden ausgestattet wie das Hochdruckgehäuse. So werden zwischen der Gehäusewand und der Ringwand M auf der einen Seite Einlaßkamrnern und auf der anderen Seite Aufnahmekammern gebildet, welche den Dampf in spiralförmigem Wege führen. Die Trennwände der Einlaßkammern erstrecken sich nicht ganz bis zu den Laufradkanälen, sondern gehen nur bis zu dem Ring R. Zwisehen diesem Ring R und dem konzentrischen Ring R¹ ist eine Anzahl von Leitschaufeln R'² eingesetzt, welche Düsen zwischen den aufeinander folgenden Wänden der Einlaßkammern bilden und so bemessen bezw. gerichtet sind, daß ein möglichst großer Nutzeffekt des Dampfes erzielt wird. In ähnlicher Weise erstrecken sich die die Aufnahmekammern bildenden Trennwände nur bis zu dem Ring R und dem konzentrischen Ring/?³ und erhalten ihre Fortsetzung dort in besonderen Auslaßschaufeln R¹, die entweder gerade oder etwas gebogen sein können. Die Wände der Auslaßkammern können aber auch unter Einhaltung eines genügenden Spielraumes ganz bis zum Laufrad reichen. In diesem Falle werden die unteren Enden der Trennwände, die alsdann die Auslaßschaufeln bilden, durch die Ringe i?³ und R eingeschlossen, von denen der Ring R³ sich zwischen den Auslaßschaufeln und der Gehäusewand befindet. In dem Niederdruckgehäuse begrenzen entsprechende Ringe R⁷ und R⁹ die Auslaßschaufeln (Fig. 1). Der Ring R⁷ ist hier nach unten mit einer abgerundeten Verlängerung R^[0 versehen, welche mit den halbkreisförmigen Ausschnitten der Scheiben röhrenförmige Durchgänge, die Laufradkanäle, bildet.

Jede der von den Einlaßschaufeln R² gebildeten Düsen entspricht einem oder mehreren Laufradkanälen. Das obere Gehäuse C ist mit einer Anzahl von Kolbenventilen V¹, V-, V³ versehen, die vorteilhaft in drei Sätzen vorhanden sind. An die Zylinder W² dieser Ventile sind Rohre W⁰ angeschlossen, durch welche das die Kolben W^;' bewegende Treibmittel eintritt. Jeder Zylinder ist seitlich mit einer Dampfeinlaßöffnung W" und am unteren Ende mit einer als Ventilsitz ausgebildeten Öffnung W⁹ versehen. Die Ringwand N bildet unterhalb dieser Öffnung den wagerechten, mit einer Öffnung W⁸ ausgestatteten Ventilsitz iV⁵. Die im Ansatz W⁷ geführte Kolbenstange W* ist mit dem Kolben W⁵ fest verbunden und mit zwei übereinander liegenden Ventilen W³ und Wⁱ versehen. Das obere Ventil dient dazu, die Öffnung W'' des unteren Zylinderendes von unten, das untere dazu, die Öffnung W^s des wagerechten Teiles JV⁵ der Trennwand N von oben abzuschließen. Nimmt der Kolben W^ seine tiefste Stellung ein, so ist das Ventil W³ offen und gestattet dem Dampf freien Eintritt, während das Ventil W* die Öffnung \V^S verschließt und so den Dampf am Eintreten in die Auslaßkammer unmittelbar unter dem wagerechten Teil N^r° der Ringwand N verhindert.

In Fig. 2 ist das Ventil F² in seiner tiefsten Stellung gezeichnet, während die Ventile V¹ und V³ sich in ihrer höchsten Stellung befinden. Es kann hier also Dampf in die Einlaßkammer unter dem Ventil V² eintreten, jedoch nicht durch die Öffnung W⁸ in die ebenfalls unter dem Ventil V² befindliehe Auslaßkammer. Aus der Einlaßkammer durchströmt der Dampf die Laufradkanäle und tritt in die anschließende Auslaßkammer, sowie von dieser aus durch die Öffnung W⁸ in die nächste Einlaßkammer. Steht dagegen Ventil V in seiner tiefsten Stellung, so kann der Dampf nur in die unter diesem Ventil

befindliche Einlaßkammer eintreten, nicht aber in die betreffende Auslaßkammer, so daß er nicht in Wechselwirkung mit dem Ventil F² oder F³ steht. Um eine Verbindung zwisehen dem Hochdruck- und dem Niederdruckgehäuse herzustellen, ist außen ein nicht gezeichnetes Rohr vorgesehen, das die letzte Gruppe der Auslaßkammern für den Hochdruckdampf mit der ersten Gruppe der Einlaßkammern für den Niederdruckdampf verbindet. Nicht gezeichnete Öffnungen oder Stutzen gestatten dem Abdampf den Austritt aus dem Niederdruckgehäuse, und zwar entweder in die Atmosphäre oder in einen geeigneten Kondensator.

Entsprechend dem allmählichen Anwachsen der Einlaßkammern vergrößert sich der Düsenquerschnitt von Stufe zu Stufe im Verhältnis zu dem Expansionsgrade, mit welchem die Maschine arbeiten soll. Wenn die Turbine unter den günstigsten Bedingungen betrieben werden soll, sind eine gewisse Anzahl von Stufen erforderlich, um den Dampf von einer gegebenen Kesselspannung bis zu einem gegebenen Vakuum expandieren zu lassen. Vorausgesetzt, die dargestellte Turbine sei für einen konstanten Anfangs- und Enddruck entworfen und ausgeführt, und der normale Auspuff solle dann stattfinden, wenn das Ventil F² allein geöffnet wird, so wird beim öffnen des Ventils F¹ oder F³ und Schließen des Ventils F² der Auspuff vermehrt oder vermindert. Wenn Ventil F¹ bei geschlossenen Ventilen F², F³ geöffnet wird, so wird ein stärkerer Auspuff als normal erreicht, insofern, als dann eine größere'Dampf menge einströmen muß, und weil dieser Dampf einer Expansionsstufe weniger unterworfen wird, als wenn das Ventil F² angewendet wird.

Andererseits wird beim Schließen der Ventile F¹ und F² und beim Öffnen des Ventils F³ eine geringere Dampfmenge eingelassen, und der Dampf muß eine Expansionsstufe mehr durchlaufen, als wenn das Ven- til F², und zwei Stufen mehr, als wenn das Ventil F¹ allein geöffnet wird. Da bei Öffnung des Ventils F³ allein der Dampf mehreren Expansionsstufen unterworfen wird, wird die Endspannung vermindert und das Vakuum des Kondensators erhöht, da Dampf von geringerer Spannung in dasselbe eintritt. Die Folge hiervon ist, daß einer weiteren Expansionsstufe Raum gegeben wird. Mit einem wenig erhöhten Vakuum kann hierdurch die Expansion um eine Stufe erhöht werden, so daß die Turbine bei Belastung unter der normalen, oder bei verhältnismäßig geringer Belastung trotzdem mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet.

Bei Überlastung der Turbine wird das Ventil F¹ angewendet. Eine vollkommene Expansion des Dampfes ist alsdann nicht erreichbar, da keine genügende Anzahl von Stufen in Anwendung kommt und die größere Austrittsgeschwindigkeit des Dampfes Verlust bedeutet. Dieser Rest an Geschwindigkeit genügt indessen nicht allgemein zur Rechtfertigung einer Vergrößerung der Zahl der Expansionsstufen, da seine Größe je nach sonstiger Bauart der Turbine veränderlich ist. Bei Anwendung des Ventils F¹ wird die Drehkraft und die Geschwindigkeit der Turbine bedeutend vermehrt, während der Wirkungsgrad entsprechend der Austrittsgeschwindigkeit des Dampfes nur um wenig geringer wird. Die Geschwindigkeit des durch die Kanäle strömenden Dampfes wird ebenfalls vergrößert, so daß es, um den höchsen Wirkungsgrad zu erreichen, notwendig ist, die Winkelverhältnisse der Laufradkanäle der erhöhten Umdrehungsgeschwindigkeit des Laufrades anzupassen. Bei Anwendung des Ventils F² werden ein normaler Auspuff und normale Geschwindigkeit und Drehkraft erzielt, während bei Anwendung des Ventils F³ der Auspuff, das Drehmoment und die Geschwindigkeit vermindert werden, wie sie bei Anwendung des Ventils F¹ vergrößert werden.

Die Arbeitsweise der Dampfturbine ist bei normalen Betriebsverhältnissen die folgende:

Der Dampf tritt durch die Öffnungen W^a der Ventile F² ein, geht in die Einlaßkammer unter dem Ventil F² und verteilt sich über eine Gruppe von Düsen. Diese führen den Dampf in die entsprechenden Gruppen von Laufradkanälen; das Turbinenrad dreht sich und der Dampf tritt aus den Laufradkanälen in eine Auslaßkammer. Von dieser tritt der Dampf durch die Öffnung "VF⁸ unter das Ventil F¹ und strömt in die Einlaßkammer unter demselben, worauf der Dampf wieder gegen die Wand der Laufradkanäle trifft und seine Energie an diese abgibt. Der aus den genannten Kanälen in die Auslaßkammer strömende Dampf tritt aus letzterer durch die öffnungen JV⁹ in der Ringwand N wieder in eine Einlaßkammer, in Läufradkanäle, in eine Auslaßkammer usf., indem er einen spiralförmigen Weg von einer Einlaßkammer durch eine Gruppe von Kanälen und eine Auslaßkammer zu der nächsten Einlaßkammer zurücklegt, bis er schließlich in das nicht gezeichnete Verbindungsrohr zwischen Hochdruck- und Niederdruckgehäuse und aus diesem in die erste Einlaßkammer des Niederdruckgehäuses und in eine Gruppe von Laufradkanälen, dann in eine Auslaßkammer usf. tritt, um auf spiralförmigem Wege in den nicht gezeichneten Auspuffkanal zu gelangen. Wenn eine Überlastung zu erwarten ist, wird Ventil F² geschlossen und Ventil F' geöffnet,

während bei nur geringer Belastung die Ventile V¹ und V'² geschlossen bleiben und Ventil V^s geöffnet wird.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Regelungsvorrichtung für Turbinen mit wiederholter Beaufschlagung desselben Rades, dadurch gekennzeichnet, daß in mehreren der aufeinander folgenden Einlaßabteilungen Doppelventile (V¹, V'², V^s) angeordnet sind, die einmal zum Einlassen von Frischdampf zur zugehörigen Einlaßabteilung benutzt werden, dann aber auch als Durchgangsvenlile für- den Abdampf der vorhergehenden Abteilung dienen, zu dem Zwecke, eine Regelung der Leistung in der Weise zu ermöglichen, daß bei geringster Leistung alle Ventile hintereinander geschaltet sind und das erste (V^s) Frischdampf erhält, während die übrigen (V², V¹) den Eintritt von Frischdampf abschließen, bei steigender Leistung hingegen das zweite Ventil (V²) Frischdampf einläßt, das erste Ventil (V³J gänzlich aus dem Dampfweg ausgeschaltet ist, die weiteren Ventile (V¹J in Hintereinanderschaltung als Durchlaßorgane dienen und schließlich bei höchster Leistung nur das letzte Ventil (V¹J Frischdampf erhält, während alle übrigen Ventile aus dem Dampfweg ausgeschaltet sind.
2. 2. Ausführungsform der Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaßventile (V¹, F², V³J neben den Ventilkörpern (W³J zur Regelung des Dampfeinlasses Ventilkörper (W¹J aufweisen, die die Durchgangsöffnung von der frisch beschickten Einlaßkammer nach der voraufgehenden Aufnahmekammer verschließen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.