DE190155C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 190155 KLASSE. 14 c. GRUPPE

für elastisches Treibmittel.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. April 1905 ab.

Für diese Anmeldung ist bei der Prüfung gemäß dem Unionsvertrage vom

20. März 1883

die Priorität

14. Dezember 1000 auf Grund der Anmeldung in den Vereinigten Staaten von Amerika vom 8. April 1904 anerkannt.

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf

"^: Aktions- und Reaktionsturbinen und hat zum Gegenstand eine Vorrichtung zur Regelung der Menge des durchströmenden Triebmittels, welche es ermöglicht, bei normalen Belastungsschwankungen einen hohen Wirkungsgrad aufrecht zu erhalten, überdies aber gestattet die bei Überlastung der Turbine vorkommenden Verluste zu vermeiden. Bisher wurde diejenige

zusätzliche Triebmittelmenge, welche bei Überlastung oder außerordentlicher Beanspruchung der Turbine erforderlich war, bei mehrstufigen Aktionsturbinen in eine der weiteren (Niederdruck-) Kammern, bei Reaktionsturbinen an einem entsprechenden mittleren Punkt des Triebmittelweges eingeführt. Dies hat zwei Nachteile. Die Einführung des hoch erhitzten Triebmittels an einer Stelle, wo das übrige Trieb-

- mittel bereits den größten Teil seiner Wärme abgegeben hat und demgemäß eine niedrige Temperatur besitzt, ist mit einer sehr starken Kondensation verbunden, die nicht nur einen direkten Energieverlust bedeutet, sondern überdies Betriebsstörungen durch das schwer abzuleitende Wasser und erhöhte Reibung zwischen den Teilen zur Folge hat. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Energie des an einem mittleren Punkt eingeführten zusätzlichen Triebmittels nur teilweise ausgenutzt werden kann, da ja die Kanäle, welche dieses Triebmittel durchströmt, nicht darauf berechnet sind, die ganze Spannung in Geschwindigkeit umzusetzen. Diese Nachteile werden der vorliegenden Erfindung gemäß dadurch vermieden, daß in dem Einströmkopf der mehrstufigen Aktions- oder. Reaktionsturbine eine Anzahl von besonderen Düsen oder Einströmkanälen vorgesehen ist, welche bei außerordentlicher Belastung der Turbine zur Wirkung "kommen und unter dem Einflüsse der die anderen Einströmkanäle oder Düsen beherrschenden Regelungsvorrichtung stehen. Wenn die Belastung über den normalen Höchstbetrag steigt, öffnen sich die in die zusätzlichen Einströmkanäle eingebauten Ventile und lassen eine gewisse zusätzliche Menge des Triebmittels in die erste Turbinenkammer eintreten. Da dadurch die Gesamtmenge des¹ in die erste Turbinenkammer einströmenden Triebmittels größer wird als diejenige, welche normalerweise, durch die Leitkanäle der zweiten Kammer einer Aktionsturbine strömen kann, so verwandelt sich, praktisch genommen, die erste Turbinenabteilung in eine Einström- oder Speisekammer der zweiten Turbinenabteilung und die zweite Turbinenabteilung wird somit sozusagen zur ersten. Dadurch wird zwar der Wirkungsgrad herabgezogen, da die wirksame Länge des Triebmitteldurchganges kleiner wird, dieser Verlust ist aber geringer, als derjenige der oben erwähnten Regelungsweise. Bei Re-

aktionsturbinen mit verhältnismäßig kurzem Triebmittelweg ist der Einfluß des Eintrittes einer zusätzlichen Menge von Triebmittel ein ganz ähnlicher, ^d. h. die Linie der Maximaltemperatur verschiebt sich etwas nach vorn und die wirksame Kanallänge wird etwas kleiner. Die vorliegende Turbine ist mit einer Einrichtung \^ersehen, durch welche der Querschnitt des Triebmitteldurchganges von Hand

ίο geregelt werden kann, wenn die Turbine mit einer geringeren Belastung als die normale arbeitet. Zu diesem Zwecke sind neben Einströmventilen, die sowohl durch einen Regler als auch von Hand geregelt werden, noch Kammerventile vorgesehen, welche von Hand bewegt und in der geschlossenen Stellung gesichert werden können.

Fig. ι ist eine Seitenansicht der Turbine samt Regelungsvorrichtung und einer von der Turbine getriebenen Dynamo, Fig. 2 ein Schnitt durch ein in der Einlaßkammer der Turbine angeordnetes Einströmventil und dessen Bewegungsvorrichtung, Fig. 3 eine Oberansicht des Turbinenkopfes, welche die Verbindung der Steuermittelleitungen der Einströmventile mit dem Spannungsregler zeigt, Fig. 4 ein Schnitt nach x-x in Fig. 3. Fig. 5 und 6 sind Ansichten der Steuerscheibe des Regulators. Fig. 7 ist ein abgewickelter Schnitt durch die aufeinanderfolgenden Leit- und Laufkanäle, Fig. 8 ein Schnitt nach y-y in Fig. 3, Fig. 9 ein Schnitt, welcher die Zuleitung des Steuermittels zum Spannungsregler zeigt, Fig. 10 eine Ansicht der mit der Spindel eines Kammerventils verbundenen Anzeigevorrichtung.

Die Erfindung ist hier beispielsweise an einer mehrstufigen Aktionsturbine veranschaulicht, die mit einer Dynamo 2 auf einer gemeinsamen Grundplatte 1 untergebracht ist und die Dynamo unmittelbar mittels der von Lagern 4 aufgenommenen Welle 3 antreibt. Das Triebmittel tritt durch Stutzen 23 zuerst in eine ringförmige Kammer 22 ein, die zwischen dem Mantel und dem Gehäuse ausgebildet ist. Der Eintritt kann mittels eines von Hand zu stellenden Schiebers 24 geregelt oder abgesperrt werden. Von der Kammer 22 führen Zweigkanäle 25 (Fig. 2 und 4) zu weiteren Kanälen 26, welche die einzelnen Einströmdüsen oder Leitkanäle 20 speisen. Zwischen den Kanälen 25 und 26 sind Tellerventile 27 eingeschaltet, deren Sitze 28 in den oberen Mündungen der Kanäle 26 ausgebildet sind. Die Tellerventile 27 werden durch Steuerkolben 29 geöffnet und geschlossen.

Nachdem das Triebmittel das erste Laufrad durchströmt hat tritt es, wie üblich, in die Leitkanäle 34 der ersten Zwischenwand 7 ein, gelangt sodann in das zweite Laufrad usw. Die Leitkanäle werden mittels von Hand stellbarer Drehschieber 35 geöffnet oder geschlossen. Die Stellung der Drehschieber ist durch einen Zeiger 40 an den Marken c und 0 auf der Außenseite des Gehäuses kenntlich gemacht. Wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, ist die Zahl der Einströmkanäle bzw. Einlaßventile 27 doppelt so groß als die Zahl der Leitkanäle bzw. Drehschieber 35 der weiteren Leiträder, was späterhin noch erklärt werden soll.

Die Vorrichtung zum Regeln der Spannung ■ des Steuermittels ist grundsätzlich bekannt, jedoch für die Zwecke der vorliegenden Erfindung nach mehreren Richtungen abgeändert. Der Spannungsregler ist in einer Kammer 41 untergebracht (s. Fig. 4 und 9), die in einem Block 42 ausgebildet ist. Das Steuermittel tritt aus der Kammer 22 durch einen Kanal 43 (s. auch : Fig. 3)' in eine an die Kammer 41 sich anschließende Bohrung 44, in welcher Düsenzuflußrohr 45 dampfdicht gleitet. Dieses Rohr ist gegen Kanal 43 hin offen und trägt am anderen Ende die seitlich angeordnete Düse 46. Befindet sich das Rohr 45 in der unteren Grenzstellung, so strömt das Steuermittel, in einen Kanal 47, welcher dauernd offen ist und zu einem besonderen Leitkanal 48 des ersten Leitringes 19 führt. Wird das Rohr 45 mittels der Stange 49 gehoben, so wird die Düse zuerst der Mündung der einen Steuerleitung 50 und sodann auch der Mündung der zweiten Steuerleitung 51 gegenübergestellt. Diese Mündungen liegen, da die Steuermittelleitungen nur durch eine ganz dünne Wand 52 getrennt sind, unmittelbar nebeneinander und in einer Liiiie mit der Einströmöffnung des Kanals 47, welche wiederum nur durch eine ganz spitz zulaufende Wand 53 von der Mündung der Leitung 50 geschieden ist. Die Leitungen 50 und 51 sind in dem Block 42 ausgebildet, sodann in dem Deckel 6 des Turbinengehäuses fortgesetzt und führen (s. Fig. 3 und 4) zu einer am Umfange des Deckels ausgebildeten Nut 54, die oberhalb der Enden der Zylinder 31 angeordnet ist. In diese Nut ist ein Dichtungsring 55 (s. Fig. 2) eingesetzt, welcher mit einer Rippe versehen ist, die das Innere der Nut in zwei voneinander getrennte Leitungen teilt, welche sich an die Leitungen 50 bzw. 51 anschließen. Diese Leitungen sind, da sie die Fortsetzungen der Leitungen 50, 51 bilden, gleichfalls mit 50 bzw. 51 bezeichnet. Die aufeinanderfolgenden Zylinder 31 sind abwechselnd mit den Leitungen 50 und 51 durch Zweigleitungen 56 bzw. 57 verbunden, welche durch den Gehäusedeckel und die Blöcke 33 geführt sind und in die oberen Enden der Zylinder münden (s. Fig. 2). Steht die Düse 46 der Mündung der Steuermittelleitung 50 gegenüber, so strömt das Steuermittel in diese Leitung ein und die Spannung des Steuermittels in dieser Leitung und in den an dieselbe angeschlossenen Zylindern 31 steigt, da die Leitung 50 am anderen Ende geschlossen ist und das Steuermittel somit nicht entweichen

kann, allmählich bis auf die Höhe der Spannung in der Kammer 22. Dadurch werden die Kolben 29 nach abwärts bewegt und schließen die zugehörigen Ventile 27. Auf die anderen .Kolbenseiten wirkt ein Druckmittel von annähernd konstanter, niedrigerer Spannung, welches hier beispielsweise einer der weiteren Turbinenkammern entnommen ist. Zu diesem Zwecke sind die unteren Enden, der Zylinder 31 durch Zweigleitungen 60 (Fig. 2 und 4) mit einem am Umfange des Deckels 6 ausgebildeten und durch einen Dichtungsring 59 abgeschlossenen Kanal 58 verbunden, der durch einen gleichfalls außen angeordneten und mittels eines Dichtungsstreifens 62 (Fig. 8) angeschlossenen Kanal 61 mit einem Kanal 63 in Verbindung steht, welcher durch einen Flansch 11 und Ring 15 zu der betreffenden Turbinenkammer geführt ist.. Das auf die unteren Kolbenseiten wirkende Druckmittel" von niedrigerer Spannung hebt die Kolben und öffnet die Ventile, sobald die Spannung des Steuermittels durch die Saugwirkung der Düse 46 entsprechend verringert worden ist. Diese Saugwirkung tritt bekanntlich dann ein, wenn die Düse 46 von der Mündung der Steuermittelleitung 50 entfernt und der Mündung der Leitung 47 gegenübergestellt wird. Steht die Düse 46 den Mündungen beider Steuermittelleitungen 50 und 51 gegenüber, so werden, wie einleuchtend, alle Kolben 29 nach abwärts bewegt, somit auch alle Einströmventile 27 geschlossen.

Die Einströmventile sind, wie aus dem vorstehenden zu ersehen ist, in zwei Gruppen geteilt, welche voneinander unabhängig geregelt werden. Sämtliche Ventile einer jeden Gruppe werden aber gleichzeitig geöffnet oder geschlossen. Die Ventile der einen Gruppe, hier • die an die Leitung 51 angeschlossenen Ventile, lassen, wenn dauernd in der Offenstellung gehalten, jene Triebmittelmenge ein, welche erforderlich ist, um die Turbine bei normaler Vollbelastung zu treiben, und sollen daher im folgenden »Normalventile« genannt werden. Um bei einer geringeren Belastung die Menge des Triebmittels entsprechend zu verkleinern, werden die Normalventile absatzweise und in der Zeitdauer veränderlich in bestimmten Zeitintervallen geöffnet und geschlossen. Diese Regelungsweise der Triebmittelmenge ist an sich bekannt.

Die Regelungsvorrichtung ist folgendermaßen beschaffen:

Von der Welle 3 wird mittels eines entsprechenden, innerhalb des Lagergehäuses 66 angeordneten und in Fig. 1 nicht sichtbaren Vorgeleges ein auf der Welle 65 sitzender Fliehkraftregler 64 angetrieben. Der die Reglerwelle 65 aufnehmende Ständer 67 ist mit einem seitlichen Arm ausgebildet, in welchem die Spindel 49 der Düse 46 wagerecht geführt ist.

Diese Spindel gleitet, wie in Fig. 4 und 9 dargestellt, dampfdicht in einer Stopfbüchse 68, 70, die an dem Block 42 ausgebildet ist und durch eine öffnung 69 des Flansches 18 des Schließringes ' 17 nach außen reicht. Das gegabelte Ende der Spindel 49 trägt mittels Achse 72 eine lose Rolle 71, welche an der Steuerscheibe 73 anliegt. Die Steuerscheibe 73 nimmt an der Drehbewegung der Welle 65 teil und wird überdies durch den Regler 64 in der Höhenrichtung verstellt. Wie Fig. 5 und 6 zeigen, ist die Steuerscheibe mit einer nahe dem unteren zylindrischen Ende 75 bei 74 . beginnenden Nocken 76 ausgebildet, welche in einer Schraubenwindung herumgeführt ist. Eine zweite ähnliche Nocke Jj ist im oberen Teil der Scheibe ausgebildet. Die Steuerscheibe hat somit die Gestalt einer Stufenscheibe mit drei Stufen. Der unterste zylindrische Teil 75 hat den kleinsten Durchmesser und geht von der Linie 80 in den mittleren zylindrischen Teil 78 von größerem Durchmesser über. Letzterer geht bei 79 in den oberen Teil 81, welcher den größten Durchmesser besitzt, über. Die Spindel 49, deren Rolle 71 dauernd an der Steuerscheibe anliegt, kann daher drei verschiedene feste Stellungen annehmen, welche den drei genannten zylindrischen Teilen 75, 78, 81 entsprechen. Liegt die Rolle an dem Teil 75 an, so steht die Düse 46 den Leitungen 50 und 51 gegenüber und alle Ventile 27 sind geschlossen. Arbeitet sie auf dem mittleren Teil 78, so nimmt die Düse die in Fig. 4 gezeichnete Mittelstellung ein, in welcher alle mit der Leitung 51 verbundenen Ventile (Normalventile) geöffnet sind und alle anderen Ventile, welche »Zusatzventile« genannt werden sollen, weil sie die bei außerordentlicher Belastung der Turbine ■ erforderliche zusätzliche Triebmittelmenge einlassen, in der Geschlossenstellung erhalten werden. Ruht die Rolle auf dem zylindrischen Teil 81, so steht die Düse 46 der Leitung 47 gegenüber und sämtliche Ventile 27, d. i. die Normal- und die Zusatzventile, werden, da der Druck in den Leitungen 50 und 51 auf das Mindestmaß sinkt, offen gehalten. Wird die Steuerscheibe 73 durch den Regler in eine Zwischenstellung gebracht, bei der die Rolle abwechselnd auf dem zylindrischen Teil 75 und. 78 arbeitet, so wird die Düse 46 bei jeder Umdrehung der Steuerscheibe einmal der Leitung 51 gegenübergestellt und sodann von der Mündung der Leitung, wieder entfernt. Es findet somit ein absatzweises Schließen und öffnen der Normalventile durch Erhöhen und Verringern der Spannung des Steuermittels in der Leitung 51 statt, und zwar wird die Dauer der öffnung und somit die durchströmende Triebmittelmenge durch die jeweilige Stellung des Reglers bestimmt. Bei normaler Vollbelastung ist die Steuerscheibe durch den Regler so ein-

Claims (4)

1. gestellt, daß die Rolle 71 nur auf dem zylindrischen Teil 78 arbeitet und sämtliche Normalventile dauernd offen gehalten werden. Wird die normale Vollbelastung überschritten, so bewegt sich die Steuerscheibe unter dem Einfluß des Reglers noch mehr nach abwärts, so daß die Rolle bei jeder Umdrehung der Scheibe abwechselnd auf Teil 78 und 81 arbeitet. Dadurch wird die Düse 46 absatzweise der Leitung 50 gegenübergestellt und die Zusatzventile werden absatzweise geöffnet und geschlossen. In der tiefsten Stellung der Steuerscheibe werden, wie oben beschrieben, alle Ventile dauernd offen gehalten, indem die Rolle auf dem zylindrischen Teil 81 arbeitet.

   Die beschriebene Einrichtung gestattet eine sehr genaue Regelung bei sehr stark schwankender Belastung. Es ist einleuchtend, daß bei der beschriebenen Arbeitsweise der Turbine der höchste Wirkungsgrad dann erreicht wird, wenn die Turbine unter normaler Vollbelastung steht, weil dann der Triebmittelstrom gar nicht unterbrochen wird und der, wenn auch unbedeutende nachteilige Einfluß der Anwendung einer zusätzlichen Triebmittelmenge nicht vorhanden ist. Dieser höchste Wirkungsgrad wird nun auch bei einer geringeren Belastung als die normale Vollbelastung in folgender Weise aufrecht erhalten. Würde beispielsweise die Belastung der Turbine auf die Hälfte der normalen Vollbelastung sinken, so würde der Regler bei der oben 'beschriebenen Arbeitsweise die Steuerscheibe derart einstellen, daß die Normalventile abwechselnd, und zwar für gleiche Zeiten, geöffnet und geschlossen würden. Würde aber gleichzeitig die Kapazität der Turbine durch irgendein anderes Mittel um die Hälfte verkleinert werden, so würde für die so verkleinerte Turbine die genannte halbe Vollbelastung in Wirklichkeit die normale Vollbelastung darstellen und der Regler würde die Steuerscheibe wieder auf Vollbelastung einstellen, d. h. die Rolle 71 würde auf dem zylindrischen Teil 78 arbeiten. Diese Verringerung der Kapazität der Turbine wird nun dadurch ermöglicht, daß jedes Einströmventil unabhängig vom Regulator von Hand geschlossen und in der Geschlossenstellung gesichert werden kann. Wie Fig. 2 zeigt, ist in einer mit Innengewinde ver-

   sehenen Öffnung 83 der Kappe 33 eines jeden Ventils 27 eine Schraubenspindel 82 angeordnet, welche durch eine Stopfbüchse 84 nach außen reicht und mittels Handrades 85 gedreht werden kann. Das innere verstärkte Ende 86 der Spindel paßt in eine Bohrung 87 des Ventilkolbens 28 und der Stange 32, wodurch nebenbei erreicht wird, daß die Ventilbewegung unter dem Einflüsse des Steuermittels nicht zu plötzlich stattfindet. Durch Einschrauben der Spindel 82 kann das Ventil 27 geschlossen und in der Geschlossenstellung festgehalten werden.

   Wird nun von Hand eine gewisse Zahl von Einströmventilen und von zugehörigen Drehschiebern 35 geschlossen, so wird dadurch der dem Triebmittel dargebotene Durchströmquerschnitt entsprechend verkleinert, d. h. die Kapazität der Turbine wird verringert.

   Die Absperrung einer gewissen Anzahl von Ventilen hat zur Folge, daß die übrigen Ventile entweder dauernd durch den Regulator offen gehalten oder nur für ganz kurze Zeit während jeder Umdrehung der Steuerscheibe geschlossen werden. Unter Umständen kann man auch die Schraubenspindeln dazu benutzen, um den Ventilhub begrenzen, und es kann auch das Absperren der Ventile von Hand zu anderen Zwecken, wie z. B. zur Begrenzung der Turbinenleistung, erfolgen.

   Im vorstehenden wurde zwar stets angenommen, daß zum öffnen der Ventile 27 ein Druckmittel von niedriger Spannung, nämlich das teilweise expandierte Triebmittel, benutzt wird, doch kann man selbstverständlich auch hochgespanntes Druckmittel, z. B. Triebmittel aus der Kammer 22 dazu verwenden und die Kolben 29 durch entsprechende Bemessung des Querschnittes der Stange 32 oder in anderer Weise als Differentialkolben ausbilden.

   Es niuß auch hervorgehoben werden, daß, wiewohl bei der dargestellten Ausführungsform go jedes Normal ventil und ' jedes Zusatzventil einem einzigen Einströmkanal entspricht, die Erfindung nach dieser Richtung keineswegs begrenzt ist. Die Ausführungsform und Schaltung der Ventile kann gleichfalls eine nahezu beliebige sein.

   Ρλ τ ε ν τ - A ν s ν κ ü c i-i ε :

   i. Regelung einer nach zwei Belastungsgraden (Normalbelastung und Überlastung unterteilten mehrstufigen Turbine für elastisches Treibmittel, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Frischdampf nicht in eine Niederdruckstufe, sondern ohne Änderung der Beaufschlagung der letzteren in die Hochdruckstufe geleitet wird, deren Einströmkanäle zu diesem Zwecke (im Gegensatz zu den in üblicher Weise angeordneten Kanälen der Niederdruckstufen) in zwei Gruppen derart angeorndet sind, daß die Kanäle der einen Gruppe zusammengenommen einen auf die normale Höchstbelastung bemessenen Querschnitt haben und die bei normaler Vollbelastung erforderliche Treibmittelmenge liefern, während die Kanäle der anderen Gruppe bei außerordentlicher Belastung (Überlastung) eine zusätzliche Treibmittelmenge eintreten lassen und nach vollständiger Einschaltung der Kanäle der ersten Gruppe durch den beiden Gruppen, gemeinsamen Regler bedient werden.
2. 2. Regelung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der beiden Gruppen gemeinsame Regler in der Steuermittelleitung der Ventile der einen Kanalgruppe eine konstante (hohe oder niedrige) Spannung aufrecht erhält, und gleichzeitig in der Steuermittelleitung der Ventile der anderen Kanalgruppe im entgegengesetzten Sinne aufeinanderfolgende Spannungsänderungen bewirkt.
3. 3. Regelung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler mittels einer Steuerscheibe eine das Steuermittel liefernde bzw. absaugende Düse an sich bekannter Art in bezug auf die beiden Steuermittelleitungen verstellt.
4. 4. Regelung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Einströmkanäle größer ist, als die Zahl der Leitkanäle der weiteren Leiträder, und daß die überschüssigen Einströmkanäle die bei Überlastung der Turbine erforderliche zusätzliche Triebmittelmenge liefern.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.