DE188390C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 188390 KLASSE 14 c. GRUPPE

RICHARD SCHULZ in BERLIN.

Leitapparat für Druckdampfturbinen. Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. März 1905 ab.

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung des Leitapparates einer Druckdampfturbine, die es ermöglicht, besonders den Teil der Leitkanäle, aus dem der Dampf gegen die Turbinenräder austritt, aus einem Material herzustellen, das haltbarer ist als der übrige Teil des Leitkranzes. Der Teil des Leitkranzes, der durch Abnutzung gelitten hat, ist mit geringen Kosten auswechselbar.

Gemäß der Erfindung ist der dem Dampfaustritt nächst gelegene Teil der Leitkanäle in einem besonderen Ringe oder Ringsegment derart angeordnet, daß die diese Kanäle begrenzende Teilfuge in Richtung des Durchströmens des Dampfes liegt. Zur Regelung der Expansion und Beaufschlagung kann man den den Austrittsteil der Leitkanäle enthaltenden Ring oder ein oder mehrere Ring-Segmente für Benutzung als Reglungsschieber auf dem festen Kranz des Leitapparates verdrehbar einrichten.

Wie schematisch in Fig. la, 2a und 3a dargestellt, kann die durch dickere Linien hervorgehobene Teilfuge t, t, welche den Leitapparat in zwei leicht zu bearbeitende Teile, nämlich einen Kränzt und einen Ring bezw. Ringsegment A' teilt, verschieden gewählt werden. Ordnet man außer einer dieser Teilfugen t, t gleichzeitig noch eine andere an, so hat man einen Leitapparat aus entsprechend mehr Teilen, die ebenso leicht zu bearbeiten sind, und nur einer einfachen Verbindung bedürfen, was besonders bei großen Turbinen vorteilhaft sein kann.

In den gezeichneten Beispielen ist der Eintrittsteil α der Leitkanäle meistens langer (axial gemessen) als der Austrittsteil b angenommen worden. Unter Umständen kann aber der Teil b als der maßgebendere der längere sein. Will man eine Regelung vorsehen, so kann dies einfach dadurch geschehen, daß man den .besonderen Ring bezw. einen oder mehrere Teile desselben auf dem festen Kranz bei geeigneter Abdichtung verdrehbar anordnet. Die Regelung geschieht dann durch Verdrehung dieses Ringes (oder Ringsegments) gegen das andere derart, daß die Stege zwischen seinen Kanälen die Kanäle des festen Kranzes mehr oder weniger verdecken, jeder einzelne Leitkanal (Düse) also reguliert wird und bei nur geringer Drehung des Rings (oder Ringsegments) um eine Kanalweite bereits vollständiger Abschluß eintritt.

Bei partieller Beaufschlagung der Druckturbine ist es auch möglich, durch Verschiebung des einen Kranzes gegen den anderen um die Entfernung zweier Leitkanäle immer nur einen Leitkanal ganz zum Abschluß zu bringen. Bei partieller Beaufschlagung kann man ferner eine Regelung dadurch ermöglichen, daß man den verdrehbaren Teil (Ring oder Ringsegment) für jede Kanalgruppe des festen Kranzes mit mehreren Gruppen von Leitkanälen verschiedener Weite oder Form versieht. Je nach Einschaltung der einen oder anderen Gruppenreihe läßt sich dann eine andere Wirkung erzielen und dem Dampfdruckgefalle, der Umlaufgeschwindigkeit, den Belastungen usw. Rechnung tragen.

Auf beiliegenden Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele eines solchen Leitapparates veranschaulicht.

Für eine Axialturbine sind gemäß Fig. ι für die erste Druckstufe an der Rückseite des festen Kranzes A am Gehäusedeckel B und für die weiteren Druckstufen an der Rückseite des Kranzes A an den festen Zwischenwänden C (Fig. 4) ringförmige Flächen angedreht, an welchen entsprechende Flächen von Ringen oder Ringsegmenten Aⁱ dicht anliegen. Zwischen den Teilen A und A\ die den Leitapparat bilden, liegt also eine dichtschließende konzentrische Teilfuge. Der Teil ^¹ enthält Kanäle E, die mit den Kanälen F des Kranzes A am Deckel B bezw. an den Zwischenwänden C zusammen die Leitkanäle (Düsen) bilden. Er bildet also einen Ergänzungsring für den festen Kranz. Nach der Außenseite ist eine größere Dichtungsfläche zwischen Kranz A und Ergänzungsring A¹ vorgesehen.

Fig. 2 und 3 zeigen im Längsschnitt eine beispielsweise Form der Leitkanäle für die erste und zweite Druckstufe.

Bei Fig. 4 ist die Teilung derart, daß die äußere Wand und die beiden Seitenwände der Leitkanäle im verdrehbaren Ergänzungsring A¹ und ihre innere Wand am festen Kranz A des Leitapparates gebildet sind, so daß alle Kanalteile zur Bearbeitung z. B. mittels Fräser oder dergl. bequem zugänglich sind. ■ Nach der Außenseite hin ist auch hier zwischen A und A¹ eine größere Dichtungsfläche vorgesehen. Der lose Ring A¹ kann mittels Druckschrauben S oder dergl. auf den festen Kranz A dicht aufgepreßt werden.

Fig. 5 veranschaulicht die der Fig. 1 entsprechende Anordnung bei einer Radialturbine.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 für eine partiell beaufschlagte Turbine mit zwei Leitkanalgruppen D ist für jede Gruppe ein Ringsegment wie A¹ vorgesehen, das nur etwa auf seiner halben Länge die den Kanälen D im Kranze A der Zwischenwand C entsprechende Kanäle D¹ aufweist. Das Ringsegment A¹ kann mittels Schneckengetriebes G, H oder dergl. derart gedreht werden, daß die Kanäle D im festliegenden Kranz A vom nicht durchbrochenen, als Abschlußschieber wirkenden Teil des Ringsegments A^l in größerer oder geringerer Zahl oder auch sämtlich überdeckt werden. Die beiden Ringsegmente A¹ können auch miteinander verbunden werden, um zu ihrer Verdrehung nur eine Vorrichtung nötig zu haben.

Man kann eine Regelung bei passender Gestaltung der Leitkanäle auch bewirken, wenn man die Stege der einen Kanalgruppe die öffnungen der anderen Gruppe mehr oder weniger überdecken läßt. Dafür genügt eine Verdrehung des Ringsegments A^l um einen Bruchteil eines Leitkanals.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 zeigt eine derartige Verengung der Leitkanäle. Zur ursprünglichen Länge des Leitkanals tritt hier in vorteilhafter Weise noch eine zusätzliche, vom festen Kranz A gebildete Länge. Hiermit ist also sehr leicht das Verhältnis der Ein- und Austrittsöffnung zu ändern, und damit die Expansion des Dampfes in den Leitkanälen. Solche Regelung ist dann von großem Wert, wenn die Turbine mit nur kleinerer Leistung arbeiten und gleichwohl den Kesseldruck voll ausnutzen soll, oder auch wenn zu gewisser Zeit für beliebige Arbeit ein höherer Kesseldruck für die Turbine verfügbar ist, wobei das gegebene Druckgefälle voll ausgenutzt werden kann.

Will man auf diese Weise einen vollständigen Abschluß ermöglichen, so müssen, wie im Beispiel nach Fig. 8 in der Berührungsfläche die Stege des einen Teils breiter sein als die öffnungen der Kanäle des anderen.

Die Ausführungsbeispiele nach Fig. 9 und IO zeigen den festen Kranz und den drehbaren Ergänzungsring des Leitapparates einer partiell beaufschlagten Turbine mit beispielsweise drei Leitkanalgruppen. Jeder der Kanalgruppen D des festen Kranzes A des Leitkörpers C entsprechen drei verschiedenen Kanalgruppen D¹, D'², D³ des drehbaren Ringes A¹, die verschiedene Gestalt und Abmessungen haben können, derart, daß man, je nachdem man die eine oder andere dieser Gruppen D¹, D² oder D³ einschaltet, beispielsweise eine Änderung der Umlaufszahl, des Dampfdrückgefalles, der Leistung usw. erzielen kann.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 ist der hintere RingA'verdrehbar. Ein Schneckengetriebe G, H dient beispielsweise zum Verdrehen desselben, und mittels der Schrauben 5 läßt er sich nach Einstellung in die gewünschte Lage auf Kranz A dicht festspannen.

Bei entsprechender radialer Teilung läßt sich der Leitapparat beispielsweise in zwei Stücken, ohne einer Wegnahme der Laufräder von der Turbinenachse zu bedürfen, in radialer Richtung von der Zwischenwand C wegnehmen.

Neben dem als Regelungsschieber ausgebildeten Teil des Leitapparates kann man noch einen Schieber bekannter Art zur Änderung der Beaufschlagung anordnen und durch den Regelungsschieber die gleichzeitige und gleichmäßige Regelung des Durchgangsquerschnittes aller Leitkanäle bewirken.

Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Fig. 12 im Querschnitt und Fig. 13 im Längsschnitt durch die Kanäle.

Der als Schieber ausgebildete Ring A¹ und

der Ring A² auf der Vorderseite des festen Kranzes A sind beispielsweise mittels Schnekkengetriebe drehbar. Die Verdrehung der Schieber kann auch durch andere Mittel in bekannter Weise erfolgen. In Fig. 13 steht der Ring A¹ so, daß die Leitkanäle ganz frei sind, der Ring A² schließt den Kanal ß¹ ab, während D², D³ usw. offen sind.

Zwei als Schieber dienende Teile A¹ und A² sind für die eine oder andere Druckstufe einer Druckturbine auch insofern vorteilhaft, als die· Verdrehung beider Teile nicht immer bloß eine Verkleinerung oder Vergrößerung des Dampfdurchganges, sondern auch eine Verschiebung des Dampfweges in tangentialer Richtung bewirkt, derart, daß der Dampf vom Austritt aus einer Druckstufe seinen kürzesten Weg nimmt und Effektverluste durch Reibung, Wirbelung usw. möglichst vermindert werden. Für die erste Druckstufe kann der Ring A² vorteilhaft durch Ventile A³ ersetzt werden, wie in Fig. 14 dargestellt.

Nach dem Ausführungsbeispiel Fig. 14 und 15 greift zur Verdrehung des Ringsegments A¹ in einen Schlitz desselben ein exzentrischer Zapfen K einer z. B. mittels Vierkants L zu drehenden Spindel M ein. Durch Drehung der Spindel erfährt das Segment A¹ eine Einstellung, die an einem Zeiger Z auf Skala V zu erkennen ist (Fig. 15a).

Da das Ringsegment A¹ nur eines kürzeren Weges zur Regelung bedarf, so kann diese vorteilhaft durch einen Regler erfolgen, der beim Durchgehen der Turbine schnell Abschluß bewirkt.

Da die ersten Druckstufen einer Druckturbine kleine Dampfwege erfordern und meist wenige Leitkanäle auf einer nur kleinen Strecke des Leitapparates haben, so muß der Dampf bei der bekannten Einrichtung auf größerem Umwege von einer Druckstufe zur nächsten strömen. Bei der neuen Einrichtung dagegen kann der durch die ersten Druckstufen strömende Dampf, selbst bei Annahme eines eng geschlossenen Strahles für eine Reihe nebeneinander liegender Leitkanäle sich auf eine größere Strecke verteilen, daher auf kürzerem Wege und unter Vermeidung gewisser Widerstände von einer Stufe zur anderen gelangen. Die Seitenwände der Leitkanäle brauchen im Austrittsende nicht eben zu sein, sondern können z. B. parabolischen Verlauf haben, wie Fig. 16 zeigt.

Die quer durch die Leitkanäle geführte Trennungsfläche der Teile A und A^x des Leitapparates kann vorteilhaft auch als Sitzfläche für Schieber oder Klappen usw. benutzt werden, um die Leitkanäle schließen zu können. Solche Abschlußorgane werden am besten bei den zu den letzten Druckstufen gehörigen, eine volle oder nahezu volle Beaufschlagung ermöglichenden Leitapparaten benutzt, weil hier verschiebbare Ringschieber oder Schiebersegmente zum Abschluß einer Reihe von Leitkanälen nicht verwendbar sind. Da die Leitkanäle am radial laufenden Teil der Teilfuge zwischen A und A¹ den kleinsten oder nahezu kleinsten Querschnitt haben, die abzudichtende Fläche also nur klein ist, so erhalten die Schieber oder Klappen nur kleine Abmessungen, können also um so sicherer den Abschluß bewirken. „

Fig. 17 und 18 zeigen ein Ausführungsbeispiel bei verschiedener Stellung des Schiebers im Schnitt in Richtung der Schieberstange und Fig. 19 im Schnitt quer zu dieser Richtung. Die Schieber s sind in Aussparungen der Leitapparate radial einstellbar. In jeden Schieber s ist eine Stange s¹ eingeschraubt, die am äußeren Ende mit einem Vierkant versehen ist, um herausgeschraubt werden zu können, wenn z. B. die obere Hälfte des Turbinengehäuses weggenommen werden soll. Die Stange s^l ist durch Stopfbüchse s³ abgedichtet und mit Gewinde versehen, um die Schieber s mittels Stellmutter s² einstellen zu können. Die Schieber können aber auch mit der Stange in einem Stück hergestellt und mit anderer Bewegungsvorrichtung derart versehen werden, daß sie einzeln aus dem Turbinengehäuse entfernt werden können.

Im Beispiel Fig. 19 sind einige Leitkanäle unter verschiedenen Winkeln nebeneinander angeordnet, um die verschiedenen Dampfstrahlen sich zu einem einzigen vereinigen zu lassen.

Ein Ausführungsbeispiel mit Abschlußklappen zeigt Fig. 20 im Schnitt in Richtung der Klappenachse, Fig. 21 und 22 zeigen bei verschiedener Einstellung der Klappen verschiedene Stellungen der Teile A, A* zueinander. Zur Aufnahme der Klappen k in der Öffnungsstellung derselben befinden sich in den Stegen des Kranzes A der Zwischenwand C passende Aussparungen.

Die Achse k¹ einer jeden Klappe k tritt radial aus dem Turbinengehäuse heraus, ist durch Stopfbüchse k⁹ abgedichtet und trägt zum Ein- und Feststellen der Klappe einen Arm k². Die Achsen k¹ müssen aus den Leitapparaten entfernt werden, wenn beispielsweise die obere Hälfte des Turbinengehäuses von demselben weggenommen werden soll.

Außer der Regelung durch Klappen zum Abschließen einzelner Leitkanäle kann auch noch eine Regelung der Weiten sämtlicher Kanäle durch eine geringe Verschiebung des

Ringes A¹ gegen den festen Kranz A erzielt werden, bei welcher der Eintrittsquerschnitt bei offen gehaltener Klappe (Fig. 21 und 22) entsprechend verengt wird. Es kann also dieselbe Wirkung erreicht werden, wie mit Bezug auf Fig. 8 beschrieben.
. Es kann wünschenswert sein, den Ergänzungsring noch weiter zu teilen. Will man z. B. den größeren Teil aus billigerem Material herstellen, so fügt man an Stellen, die der Abnutzung besonders unterworfen sind, nach Wegnahme entsprechenden Materials einen leichten Ring χ aus besserem Material hinzu, wie Fig. na, lib und nc erläutern.

Ein solcher Ring (oder Ringsegment) χ ist nach Fig. na und 11 b mit dem festen Kranz A nach Fig. nc mit dem Ring A¹ verbunden. Solche weitere Teilung beeinträchtigt die genaue Formgebung der Leitkanäle nicht.

Die beschriebene Teilung des Leitapparates bietet noch den Vorteil, daß man einen Teil desselben ohne große Kosten ersetzen kann. Als festen Teil des Leitapparates wählt man den, der der Zerstörung am wenigsten ausgesetzt und auf die richtige Dampfwirkung am wenigsten von Einfluß ist. Wesentlich ist ferner, daß man den auswechselbaren Teil aus anderem Metall herstellen kann, als den festen, was mit Rücksicht auf geringe Abnutzung und die Möglichkeit schneller Änderung der Turbine in ihren wesentlichsten Teilen (Leitkanäle) wünschenswert ist.

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Leitapparat für Druckdampfturbinen mit einer oder mehreren Druckstufen, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Leitkanäle (b), durch den der Dampf austritt, in einem besonderen auswechselbaren Ring oder Ringsegment (A¹J liegt, wobei die den Kanal begrenzende Teilfuge (t) in Richtung des Dampf stromes liegt.
2. 2. Leitapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Austrittsteil der Leitkanäle enthaltende Ring oder . das Ringsegment (A¹J gegen den festen Kranz (A) verdrehbar ist.
3. 3. Leitapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abgetrennte volle Ring (A¹J bezw. ein oder mehrere Teile desselben als Regelungsschieber verdrehbar sind, um den Eintrittsquerschnitt der Düsen (Leitkanäle) und damit das Verhältnis zwischen Ein- und Austrittsquerschnitt der Düsen zu ändern, damit der Dampf mit möglichst hoher Spannung in die Düsen eintreten und in möglichst weiten Grenzen expandieren kann.
4. 4. Leitapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abgetrennte volle Ring (A¹J bezw. ein oder mehrere Teile desselben als Regelungsschieber zur Änderung des Beaufschlagungsgrades bezw. zur Absperrung einer größeren oder kleineren Zahl von Düsen (Leitkanälen) verdrehbar sind.
5. 5. Leitapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei partiell beaufschlagten Dampfturbinen der abgetrennte verdrehbare Ring (A ¹J bezw. Ringsegment mehrere Reihen von Gruppen verschieden gestalteter Leitkanäle enthält, wobei jede Gruppenreihe auf die Leitkanäle des festliegenden Teiles des Leitapparates eingestellt werden kann, zum Zweck, mit Rücksicht auf Dampfdruck, Umlaufzahlen usw. den Verlauf der Leitkanäle ändern zu können.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.