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AXIALUMKEHRTURBINE
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich au9 Gebiet von Gasturbinenanlagen,
insbesondere auf axiale Umkehrturbinen.
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Mit beste.Etfolg kann die vorliegende Erfindung im Schif.
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bau und bei Herstellung von Doppelstromflugtriebwerken ihre Anwendung
finden.
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Die Einführung der Gusturbinen in den Transportmaschinenbau, insbesondere
in den Schiffbau hat als eine dringende Notwendigkeit die Lösung des Umkehrungsproblems
zur scharfen Frage hervorgehoben, d.h. der Ermöglichung, in einem aggregat die Hin-
und Herdrehung zu erhalten. Die bisher vorhandenen technischen Lösungen der Veränderung
der Drehrichtung in Antriebsvorrichtung wie beispielsweise Verstelluftschraube,
umkehrbare Strömungsgetriebe und a. m. sind in ihrem Aufbau sehr komplizierte, viel
Arbeitsraum einnehmende und nicht genug manövrierfähige Einrichtungen. Insbesondere
wirken sich diese Nachteile bei Anwendung der genannten Einrichtungen als
Bestandteile
der Gasturbinenanlagen aus, da diese letztgenannten leicht ausgeführt, gedrängt
aufgebaut sind und eine hohe Manövrierfähigkeit besitzen.
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In diesem Zusammenhang treten Umkehrturbinen als sachgemäß beste
Einrichtungen zur Gewährleistung des Umkehrunsvorganges zur Erscheinung, Bei den
Dampfturbinenanlagen ist eine besondere Turbine zur Drehung in der Umkehrrichtung
vorgesehen; in dieser Hinsicht ist aber diese auf@aumäßige Äufstellung durch Anordnung
der Läufer der Turbinen der Gerad- und Umkehrdrehung in getrennten Gehäusen allzu
sperrig und wenig zur Anwendung für die Gasturbinenanlagen geeignet.
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In diesem Zusammenhang sind Versuche vorgenommen worden, das Umkehrungsproblem
auf dem Wege der Errichtung von eingehäusigen Doppelstromturbinen mit zweietagigen
Schaufeln zu sen, in denen jeder Strömungsweg durch Strömungsteil der Gerad-und
Umkehrdrehung mit eigenen Ventileinrichtungen gebildet wird durch welche der Zutritt
des Arbeitsmittels zu dem entspreche $ den Strömungsteil verhindert wird.
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Allgemein bekannt ist die axiale Umkehrturbine, die von Firma General
Electric gebaut wird.
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Im Turbinengehäuse sind in Richtung der Arbeitsmittelströmung hintereinander
montierte Leitschaufelapparat und Laufschaufelrad untergebracht, die mit zweietagigen
Schaufeln bestückt sind. Die eine Schaufeletage bildet einen Stromungs--i teil zum
Durchtritt des Arbeitsmittels, durch welchen die Gerad drehung der Turbine zustandekommt.
In diesem Strömungsteil der Turbine der Geraddrehung ist eine Ventilvorrichtung
in Form von
Verstellschaufeln vorgesehen, durch welche der Zutritt
des Brbeitsmittels in diesen Strömungsteil gesperrt wird. Diese Verstellschaufeln
sind vor den Laufschaufeln der oberen Schar feletage im Sinne der Strömungsrichtung
des Arbeitsmittels angeordnet.
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Im Stromungsteil der Umkehrdrehung sind den Zutritt des Arbeitsmittelstromes
zu der unteren Schaufeletage der Umkehrdrehung sperrende Verstellschaufeln untergebracht.
Dabei fallen die Achsen der Verstellung der Gerad- und Umkehrdrehungs schaufeln
zusammen.
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Beim Betrieb der Umkehrturbine in Geraddrehung nehmen die Haupt teile
der Turbine folgende teilung ein: a) Die Verstellschaufeln des Leitkranzes im Stromungst;eil
der Geraddrehungsetage sind in die Stellung "Auf" bzw. zur binenbetrieb" verstellt
und ermöglichen somit den Zutritt des Arbeitsmittels an die Laufschaufeln der Geraddrehungsetage
am Laufrad, wobei die VerstellschauSeln des Leitschaufelkranzes im Strömungsteil
der Umkehrdrehungsetage die Stellung "Zu" einnehmen, und das Arbeitsmittel tritt
zu den Laufschaufeln der Umkehrungsetage am Laufrad nicht unter Ausnahme der Ieckverluste,
d.h. des Arbeitsmittelsdurchflußteils, der durch die Radial- bzw. Umfangsspalte
der Verstellschaufeln hindurchtritt, die die Stellung "Zu" einnehmen.
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Infolgedessen laufen die Laufschaufeln der unteren Etage im "Ventilationsbetrieb"
um und verbrauchen dadurch einen gewissen Leistungsteil der im "Turbinenbetrieb"
drehenden Geraddrehungsetage.
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Beim Betrieb der Umkehrturbine in Umkehrdrehung nehmen
die
Verstellschaufeln des Leitkranzes im Strömungsteil der Geraddrehungsetage die Stellung
"Zu" und sperren den Zutritt des Arbeitsmittels an die Laufschaufeln der Geraddrehungsetage
am Laufrad, wobei die Verstellachaufeln des Leitschaufelkranzes der Umkehrungsetage
aufgemacht sind, und das Arbeitsmittel erreicht die Laufschaufeln der Umkehrungsetage
am Laufrad. Zu dieser Zeit laufen die Laufradschaufeln der Geraddrehungsetage im
"Ventilationsbetrieb" um und verbrauchen somit einen an der Umkehrungsetage, die
sich im "Turbinenbetrieb" dreht, entwickelten Leistungsteil.
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Einstufige Ausuhrung der bekannten Umkehrturbine verursacht, daß
zur Verarbeitung von großen Wärmegefällen die Laufräder mit großen Drehgeschwindigkeiten
umlaufen müssen, wodurch beim Betrieb in Geraddrehung die Ventilationsverluste an
den Turbinenschaufeln der Umkehrungs@tage stark zunehmen, obwohl der Außendurchmesser
des Umkehrströmungsteils dem Innendurchmesser des Geraddrehungsstromungsteils im
wesent lichen gleich ist.
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Durch die großen Drehgeschwindigkeiten der Laufräder entstehen außerdem
vergroßerte Spannungen in den Laufachaufeln Eine Verkleinerung der Spannungen in
den Laufschaufeln kann jedoch durch Verminderung des Querschnitts im Gerad- und
Umkehrdrehungsströmungsteil erreicht werden. Durch die letztgenannte Verminderung
steigen die Austrittsgeschwindigkeiten des Arbeitsmittels an, weiche erhöhte Druckverluste
hinter den Laufrädern verursachen, was den Wirkungsgrad vermindert.
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Die bekannte Umkehrturbine weist einen geringen Wirkung grad auf.
Dies ist auch darauf zurückzuführen, daß der Innendurchmesser
des
Strömungsteils in der Geraddrehungsetage dem Außendurchmesser von solchem in der
Umkehrungsetage im wesentlichen gleich ist, und aus diesem Grunde treten erhebliche
Schwierigkeiten auf, die mit der Auslegung einer mehrstufigen Geraddrehungsturbine
zusammenhängen, deren Notwendigkeit sich aus dem Bedürfnis ergibt die großen, für
die neuzeitlichen Turbinen kennzeichnenden Wärmegefälle zu verarbeiten.
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Die erwähnten Schwierigkeiten hängen damit zusammen, daß beim Aufbauen
der mehrstufigen Geraddrehungsturbine auch genauso viel Stufen in der Umkehrungsturbine
ausgeführt werden müsseh, was eine unzulässige starke Vergrößerung der den Turbinenwirkungsgrad
herabsetzenden Ventilationsverluste verursachen würde.
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Anderenfalls müssen die Abmessungen der Schaufeln dieser Turbine
der Umkehrdrehung ohne Vergroßerung deren Stufenzahl stark vergroßert werden, was
sachgemäß auch kaum zu empfehlen ist.
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Darüber hinaus erfolgt eine Verminderung des Wirkungsgrades in der
bekannten Umkehrturbine durch eine plötzliche Erweiterung des Strömungsteils am
Eintritt des Arbeitsmittels in die Geraddrehungsstufe, die die Wirbelbildung und
zusätzlichte StrömungsVerluste verursacht. Diese plötzliche Erweiterung des Strömungsteils
entsteht bei Vereinigung der als Der stellschaufeln des aerodynamischen Profils
ausgeführten Ventialeinriohtung mit dem Leitschaufelapparat.
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Die Verstelleitschaufelapparate zeichnen sich durch Vorhandensein
der
Radialspalte,aus, durch welche das Arbeitsmittel teils in den Strömungsteil der
Umkehrdrehung beim Betrieb der Umkehrturbine in Geraddrehung entweicht, was zu einer
beträchtlichen Herabsetzung des Wirkungsgrades der Turbinenstufe der Geraddrehung
Sührt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Umkehrgasturbine zu
entwickeln, in der die Kopplung der Strömungsteile der Gerad- und Umkehrdrehungsturbine
derart ausgeführt ist, daß ein gleichmäßiger und luftdichter Strömungsteil der Geraddrehungsturbine
vorliegt und auch deren Mehrstufigkeit gesichert ist.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der axialen Umkehrturbine,
in deren Gehäuse Leitschaufelapparat und Laufrad untergebracht sind, die in Strömungsrichtung
des Arbeitsmittels hintereinander angeordnet sind und zweietagige Schaufeln besitzen,
deren eine Etage den Strömungsteil der Geraddrehungsturbine bildet, die eine Ventileinrichtung
in Form von Verstelischaufeln des aerodynamischen Profils zur Sperrung des Zutritts
des Arbeitsmittels in diese aufweist und mit dem Strömungsteil der Umkehrdrehungsturbine
gekoppelt ist, die die andere Schaufeletage bildet, erfindungsgemaß Innendurchmesser
des Strömungsteils der Umkehrdrehungsturbine größer als der Außendurchmesser des
Strömungsteils der Geraddrehungsturbine ist, während die Kopplung beider Stromungsteile
mit Hilfe einer Zylinderhülse mit Fenstern stattfindet, die vor dem Leitschaufelapparat
am Eintritt des Arbeitsstromes in den Strömungsteil mit dem Laufrad koaxial montiert
ist und ihren Innendurchmesser besitzt, der dem Außendurchmesser des
Strömungsteils
der Geraddrehungsturbine im wesentlichen gleich ist, wobei außerdem an dieser Hülse
noch ein am Umfang der Zylinderhülse verlegtes Band vorgesehen wird, dessen Breite
zur Abdeckung der Hulsenfenster ausreicht und das Mittel zu dessen radialer VerstellungRin
zumindest zwei Festlegungsstel lungen besitzt, in einer von denen es an der Kreislinie
des Außendurchmessers des Strömungsteils der Umkehrdrehungsturbine und in der anderen
an der Kreislinie des Außendurchmessers des Strömungsteils der Geraddrehungsturbine
angeordnet ist.
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Durch diese Ausführung der @axialen Umkehrturbine wird ein glsichmäßiger
und luftdichter Strömungsteil der Geraddrehung geschaffen. Durch Luftabdichtung
werden die möglichst kleinen Leckverluste des Arbeitsmittels in den Strömungsteil
der Umkehrdrehung während Betriebes in Geraddrehung gesichert, sowie die Stromungsverluste
herabgesetzt, wodurch der Wirkungsgrad der ganzen Turbine zunimmt.
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Die annähernde Gleichheit des Innendurchmessers im Umkehrungsströmungsteil
mit dem Außendurchmesser des Geraddrehungsströmungsteils ermöglicht die Ausführung
der Turbine der Geraddrehung in Mehrstufenbauweise. Dadurch wird die Möglichkeit
gegeben, jede für die neuzeitlichen Turbinenanlagen charakteristischen Wärmegefälle
unter größtmöglichen Turbinenwirkungsgraden zu verarbeiten, was die Ausführung einer
Umkehrgasturbine mit erhöhter spezifischer Leistung möglich macht.
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Es ist zweckmäßig, daß im Strömungsteil der Geraddrehungsturbine
zumindest eine einetagige Zusatzstufe vorgesehen ist, die vor dem Leitschaufelapparat
mit den zweietagigen Leit.
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schaufeln aufgestellt ist, wobei die größtmögliche Anzahl dieser Zusatzstufen
die Stufenanzahl nicht übersteigen darf, die sich aus der Beziehung ergibt imax=
AN-3+BN-2+CN + D, wobei A = -2000,.B = 2000, C = -690, D = 91 und N = NTurb. d.
Umkehrdrehung = Turbinenleistungsver-NTurb. d. Geraddrhng hältnis bedeuten.
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Durch mehrstufige Ausführung der Geraddrehungsturbine wird die Herabsetzung
der Umlaufzahl der Turbine bei dem vorgegebenen Wärmegefälle erreicht, was eine
Verkleinerung der Umfangsgeschwindigkeiten und demzufolge auch eine wesentliche
Verminderung der Ventilationsleistungsverluste an den LauS-schaufeln der Umkehrungsturbine
beim Betrieb der ganzen Turbine in Geraddrehung mit sich bringt.
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Die Vergroßerung der Stufenzahl in der Geraddrehungsturbine aber,
d.h. die Verkleinerung der Umfangsgeschwindigkeiten ist andererseits mit einer Verkleinerung
des Turbinenwirkungsgrades an der Umkehrungsturbine verbunden, der unter dem Wert
nicht liegen darf, bei dem die vor ausgegebene relative Leistung der Umkehrungsturbine
erreicht werden kann. In dieser Hinsicht muß die Stufenzahl der Geraddrehungsturbine
eingeschränkt werden.
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Durch die Herabsetzung der Drehzahl der Turbine wird auch eine beträchtliche
Verkleinerung der Spannungen in den LaufschauSeln erreicht, wodurch der Durchgangsquerschnitt
des Strömungsteils der Geraddrehungsturbine vergrößert wird und demzufolge die.
Druckverluste hinter dem Laufrad infolge
Herabsetzung der Austrittsgeschwindigkeit
des Arbeitsmittels stark vermindert werden können.
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Es empfiehlt sich, daß die Laufschaufeln am Laufrad im Strömungsteil
der Umkehrdrehungsturbine mit dem Profil ausgeführt @erden, bei dem die Richtungsebene
der Austrittskante der Schaufel mit der Richtung des Austrittswinkels im Arbeitsmittelstrom
zusammenfällt und die SchauSeleintrittska?nte nach einer Wende derart gestellt wird,
daß die Vereinigung der Ein- undAustrittskante eine konvexe Fläche bildet, die mit
ihrer Konvexität in Richtung der Geraddrehung gezogen ist.
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Solch eine Ausführung der Laufschaufeln der Umkehrungsturbine ermöglicht
eine Verkleinerung der Ventilationsverluste beim Betrieb der ganzen Umkehrturbine
in der Geraddrehung durch die Gleichmäßigkeit der Umströmung der Eintrittskanten
der Laufschaufeln der im Ventilationsbstrieb umlaufenden Umkehrungsturbine. Die
durchgeführten Untersuchungen haben bestätigt, daß diese Form der Laufsohaufeln
die Höhe der Ventilastionsveluste im Vergleich mit den bekannten Ausführungen, die
im allgemeinen an den Laufschaufeln der Umkehrungsturbine ihre Anwendung finden,
um 2 bis 3fache herabsetzen läßt, Es ist wünschenswert, daß das Mittel zur radialen
Verstel lung des Deckbandes an der Außenfläche des Gehäuses angeordnet 5 und mit
zwei Hebeln ausgerüstet ist, jeder von denen an einem einen Ende mit dem Bandende
in Verbindung gesetzt ist, und an dem anderen werden die Hebel über ein Zahngetriebe
miteinander gekoppelt.
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Solch eine Ausführung des Verstellmittels des Deckbandes ergibt dessen
erhohten Gang in Radialrichtung.
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Die erfindungsgemäße axiale Umkehrturbine ist eine hocheffektive
Einrichtung. Sie weist geringeres Gewicht und kleinere Abmessungen auf. InSolge
der Umkehrbarkeit steigen ihre Abmessungen und Gewicht nur um 10% zum Vergleich
mit den nicht umkehrbaren Turbinen an. Die erfindungsgemäße axiale Umkehrturbine
kann als Turbine in den Gasturbinenanlagen praktisch beliebiger Größe und spezifischer
Leistung ihre Anwendung finden, sie besitzt eine hohe Manövrierfähigkeit und kann
dank den neuausgearbeiteten konstruktiven Lösungen den Wirkungsgrad über 90¢ arreichen,
wodurch die erfindungsgemäße Umkehrturbine zu einer wirtschaftlichsten unter den
bisher vorhandenen Umkehreinrichtungen wird.
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Andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus dem nachstehenden"'
Beispiel deren Ausführung und aus den Zeichnungen verständlicher, wobei es zeigen
Fig. 1 isometrische Gesamtansicht der erfindungsgemaßen Umkehrturbine mit teilweisem
Ausschnitt in schematischer Darstellung.
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Fig. 2 isometrische Ansicht der Zylinderhülse mit dem Deckband und
Mittel zu dessen Radialverstellung in schematischer Darstellung; Fig. 3 das Laufschaufelprofil
der die Umkehrungsdrehung leisteten Turbine; Fig. 4 einen Schnitt IV-IV der Fig.
2 durch den Hebel des Radialverstellmittels des Deckbandes in schematischer Darstellung
Fig. 5 einen Schnitt V-V der Fig. 4; Fig. 6 einen Schnitt VI-VI der Fig. 4.
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Die erfindungsgemäße axiale Umkehrturbine, die zur Aufstellung an
einem Schiff oder Wasserfahrzeug vorgesehen ist, um den Vorwärts- bzw. Zurückgang
zu leisten besitzt, ein Gehäute 1 (Fig. 1), in welchem ein Leitschaufelapparat 2
und Laufrad 3 untergebracht sind, die in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels hintereinander
montiert werden und zweietagige Schaufeln besitzen, deren eine Etage den Stromungsteil
der Geraddrehungsturbine und die andere den der Umkehrungsturbine bilden.
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Im Strömungsteil der Geraddrehungsturbina werden noch zwei einetagige
Stufen 4 vorgesehen, die vor dem Leitschaufelapparat 2 mit den zweietagigen Schaufeln
aufgesteiit werden. Die höchstzulässige Anzahl der einetagigen Zusatzstufen darf
nicht die Stufenanzahl aus der Beziehung übersteigen imax=AN + BN + ON + D, in welcher
A =-2000, B = 2000, a = -690, D = 91 und N = NTurb. d. Umkehrdrhng /NTurb.
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d. Geraddrhng als Turbinenleistungsverhältnis bedeuten.
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Im Strömungsteil der Geraddrehungsturbine ist eine Ventileinrichtung
in Form von Yerstellschaufeln 5 eines aerodynamischen Profils zur Sperrung des Zutritts
des Arbeitsmittels au dem Strömungsteil untergebracht.
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Der Strömungsteil der Umkehrungsturbine ist durch die obere Etage
der zweietagigen Schaufeln gebildet. Der Leitschaufelapparat der Umkehrungsturbine
besteht aus feststehenden Leitschaufeln 6, wahrend dieser der Geraddrehungsturbine
aus feststehenden Leitschaufeln 7 zusammengestellt ist. zur Befestigung im Turbinengehäuse
1 zwei einetagige Zusatzleitschaufelkränze
8 der Zusatzstufen
4 zu der Geraddrehungsturbins werden im Strömungsteil der Umkehrungsturbine montierte
Stüt-.
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zen 9 eines strömungsgünstigen Profils verwendet.
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Um den Zutritt des Arbeitsmittels in die Umkehrungsturbine zu sperren,
ist im Strömungsteil dieser Umkehrungsturbine eine Zylinderhülse 10 (Fig, 2) mit
Fenstern 11 montiert, die dem Laufrad 12 (Fig. 1) der Umkehrungsturbine koaxial
angeordnet ist. Diese Zylinderhulse 10 weist einen Innendurch messer, der dem Außendurchmesser
des Strömungsteils der Gerad drehungsturbine wesentlich gleich ist auf. Am Umfang
der Zylinderhülse 10 (Fig. 2) ist ein Deckband 13 mit einer zur Abdeckung der Hülsenfenster
11 ausreichenden Breite verlegt.
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Dieses Deckband 13 ist mit einem Mittel 14 zu einer Radialverstellung
in zwei fixierte Stellungen versehen.
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Der Läufer der axialen Umkehrturbine besteht aus einer Welle 15 (Fig.
1) des Laufrads 3 mit zweietagigen Laufschaufeln, aus zwei Laufräder 16 der einetagigen
ZusatzstuSen 4 mit Laufschaufeln 17, die vor dem Laufrad 3 mit den zweietagi@ gen
Laufschaufeln montiert sind, und aus einer Kupplung 18, die der Verbindung des Turbinenläufers
mit einem in der Zeichnung 1 nicht abgebildeten Getriebe,dient. Die Laufräder 3
und 16 sowie die Welle 15 werden zu einem untrennbaren Bauteil vermittels der in
der Zeichnung 1 nicht abgebildeten Stifte zusammenverbunden.
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Die zweietagigen Laufschaufeln des Laufrades 3 bestehen aus Geraddrehungsschaufeln
19 und Umkehrungsschaufeln 20. Jede Geraddrehungsschaufel 19 enthält eine Decke
21 (Fig. 3),
an welcher nur eine oder mehrere Umkehrungsschaufeln
20 angeordnet sind, die ein S-förmiges Profil aufweisen, deren Austrittskantenrichtung
a mit dem Strömungsaustrittswinkel ß2 zusammenfällt, während die Eintrittskante
b derarb gewendet ist, daß die Vereinigung der Ein- und Austrittskanten b und a
eine konvexe Fläche bildet, die mit ihrer Konvexität in Richtung der Geraddrehung
W gezogen ist. Am Vorderende der Decke 21 ist eine spitze Nase 22 herausgezogen,
die mit Spitzen 23 (Fig. 1) des Leitschaufelkranzes 2 zusammen eine die Uberströmung
des Arbeitsmittels aus dem Strömungsteil der Geraddrehungsturbine in diesen der
Umkehrungsturbine und umgekehrt verhinderte Labyrinthdichtung bildete Am Laufrad
3 sind Labyrinth@pitzen 24 befestigt, die mit einem abdichtanden Deckel 25 des hinteren
Stutzkranzes 26 auch eine Labyrinthdichtung bilden, durch welche die Luftentweichung
aus Ausgleichraum A verhindert wird.
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Der Läufer der erfindungsgemaßen Umkehrturbine ist in Stützkränzen,
einem hinteren Stutzkranz 26 und einem vorderen 27 gelagert. Als Auflagerungen des
Läufers dienen ein vorderes Rollenlager 28 und hinteres Kugellager 29. Die am Turbinenläufer
entwickelten Kräfte werden auf das Turbinengehäuse 1 über die Stutzen 30 beider
Stützkränze 26 und 27 übertragen. Diese Stützkränze 26 und 27 weisen ebenfalls Strömungsteile
der Gerad- und Umkehrdrehung auf. Der Strömungsteil der Umkehrdrehung ist durch
das Turbinengehäuse 1 und die Zwischengehäuse 31 und 32 begrenzt, in welchen Ausschnitte
zum Durchgang der Stützen 30 ausgespart sind. Der Strömungsteil der Geraddrehung
ist
durch die Zwischengehäuse 31 und 32 und Mantel 33 und 34 begrenzt. Hinter den Stutzen
30 des vorderen Stutzkranzes 27 befinden sich die Verstellschaufeln 5 des strömungsgünstigen
Profils, die vermittels ihrer Zapfen 35 in den Lagern 36 abgestützt sind, die im
Turbinengehäuse 1 und Mantel 33 befestigt werden Das Mittel 14 zur Radialverstellung
des Deckbandes 13 besteht aus zwei Hebeln, einem Treibhebel ,37 und einem angetriebenen
Hebel 38 (Fig. 4), die an ihrem einen Ende mit Hilfe von Zaharädern 39 miteinander
und an dem anderen vermittels Laschen 40 und 41 mit Deckbandenden 13 gekoppelt sind.
Die Zahnräder 39 sind in einem Kasten 42 untergebracht, der an der Außenseite des
Gehäuse 1 befestigt ist. Als Auflagen für die Zahnräder 39 treten Lager 43 (Fig.
5) hervor, die im Kasten 42 des Verstellmittels 14 festgehalten werden.
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Als Antrieb des Mittels 14 dient ein Pneumozylinder 44 (Fig. 6),
dessen Kolbenstange 45 mit der Achse 46 des Treibhebels 37 in Verbindung gesetzt
ist. Die Steuerung des Antriebes erfolgt durch Druckluft, die uber Stutzen 47, 48
in j den Pneumozylinder zugeführt wird. Der Zylinderkörper 49 des Pneumozylinders
44 wird am Kasten 42 des Verstellmittels 14 befestigt.
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In der an Fig. 1 schematisch dargestellten Umkehrturbine kommt als
Steuerungsvariante des Deckbandes 13 und der Verstellschaufeln 5 nur ein Pneumozylinder
44 in Gebrauch. Dazu ist der angetriebene Hebel 38 des Verstellmittels 14 mit Hilfe
von Hebeln 50 und Drehring 51 mit diesen Verstellschaufeln 5 verbunden. Das ganze
Steuerungssystem ist derart ausgeführt,
daß beim Öffnen der Fenster
11 der Zylinderhülse 10, d.h. bei der Verstellung des Deckbandes 13 nach oben die
Verstellung der Verstellschaufeln 5 in Sinne der Zudeckung des Strömungsteils der
Geraddrehungsturbine erfolgt und bei Abdeckung der Fenster 11 der Zylinderhülse
10, d.h. bei der Verstellung des Deckbandes 13 nach unten die Verstellung der Verstellschaufeln
5 im Sinne des Oeffnens des Strömungsteils der Geraddrehungsturbine stattfindet.
Grundsätzlich ist aber auch die Variante einer getrennten Steuerung der Radialverstellung
des Deckbandes 13 und der Verstellung der Verstellschaufeln 13 des strömungsgünstigen
Profils möglich, Vordergang des Schiffes Beim Vorwärtsfahren des Schiffes entwickelt
die Geraddrehungsturbine die Nutzleistung. Dazu muß das Arbeitsmittel in den Strömungsteil
der Geraddrehungsturbine gelangen, während der Stromungsteil der Umkehrungsturbine
zugedeckt werden muß. Zu diesem Zweck tritt die steuernde Druckluft in den Pneu
mozylinder 44 über den Stutzen 47 (Fig. 6), Der Kolben 52 des Pne umozylinders 44
betritt seine Einwärtsbewegung und versetzt über die Kolbenstange 45 die Achse 46
des Treibhebels 37 in Drehung, die ihrerseits über die Zahnräder 39 die Achse 53
des angetriebenen Hebels 38 dreht. Die Hebel 37, 39 verstellen das Deckband 13 (Fig,
1) in Radialrichtung nach unten, und die ses legt sich au9 die Zylinderhülse 10
unter Zudeckung der Fenster 11. Dabei führt die Achse 53 (Fig, 5) des angetriebenen
Hebels 38 (Fig. 1) über das Hebelsystem 50 und den Drehring 51 die Verstellung der
Verstellschaufeln 5 des strömungs
günstigen Profils im Sinne des
Öffnens des Strömungsteils der Geraddrehungsturbine aus. Das Arbeitsmittel tritt
in die Geraddrehungsturbine hinein, leistet dort; die Nutaarbeit und gewährleistet
somit den Vorwärtsgang des Schiffes.
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Rückwärtsgang des Schiffes Um das Schiff in Rückwärtsgang zu versetzen,
muß der Zutritt des Arbeitsmittels,in den Strömungsteil der Umkehrung turbine gesichert
werden, während der Strömungsteil der Geraddrehungsturbine vermittels der Verstellschaufeln
5 des strömungsgünstigen Profils zugedeckt werden muß. Dazu wird in den Pneumozylinder
44 (Fig. 6) über den Stutzen 48 die steuern de Druckluft eingeführt, während über
den Stutzen 47 die Luft abgeblasen wird. Der Kolben 52 des Pneumozylinders 44 betritt
seinen Aufwärtsgang und dreht über die Kolbenstange 45 die Achse 46 des Treibhebels
37, der mittels der Zahnräder 39 die achse 53 (Fig. 5) des angetriebenen Hebels
38 in Drehung versetzt. Die Hebel 37, 38 (Fig. 4) verstellen das Deckband 13 aufwärts,
das dadurch die Fenster 11 (Fig. i) der Zylinders hülse 10 öffnet, und das Arbeitsmittel
kann in den Strömungsteil der Umkehrungsturbine eintreten. Zur gleichen Zeit verstellt
die Achse 53 (Fig. 5) des angetriebenen Hebels 38 über das Hebelsystem 50 (Fig.
1) und den Drehring 51 die Verstellschaufeln 5 im Sinne des Zudeckens des Strömungsteils
der Geraddrehungsturbine. Das Arbeitsmittel Leistet in der Umkehrungsturbine die
Nutzarbeit, in dem es die Drehrichtung des Turbinenläufers und demzufolge auch der
Schiffschraube auf umgekehrte ändert, wodurch der Rückgang des Schiffes zustandekommt.
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Manövrieven Außer einem langdauernden Vorwärts- bzw. Rückgang muß
das Schiff bei seinem Betrieb auch eine ganze Reihe von Manövriergängen ausführen,
bei welchen die Notwendigkeit auftritt die Leistung des Triebwerks zu regulieren,
die Einstellung eines Betriebszustandes der Nulleistung (Stoppschraube-Betrieb)
einschließend, ohne daß dabei der Arbeitsmittelserzeuger seine Betriebsart ändert
Es muß auch die Umkehrung, d.h.
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die Veranderung der Drehrichtung des Turbinenläufers der Schraube
durchgeführt werden. Diese Leistungsregelung ohne ß 5 Veränderung der Betriebsart
des Arbei'tsmittelerze uger verläuft wie folgt.
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Zunächst soll die Anlage z.B., im Betrieb einer Volleisetzung in
Geraddrehung laufen. In diesem Fall wie erwähnt sind die Verstellschaufeln des strömungsgünstigen
Profils vollkommen geöffnet, das Arbeitsmittel tritt in die Geraddrehungsturbine,
leistet die Nutzarbeit und sichert fur das Schiff den Vorwärtsgang. Das Deckband
13 liegt dicht an der Zylinderhulse 10, deckt die Fenster 11 zu und verhindert somit
den Zutritt des Arbeitsmittels in den Strömungsteil der Umkehrungsturbine, die zu
dieser Zeit im Ventilationsbetrieb läuft.
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Bei der Verstellung der Verstelischaufeln 5 des strömungsgünstigen
Profils im Sinne der Zudeckung verkleinert sich die Schluckfähigkeit der Geraddrehungsturbine,
während die Verstellachaufeln 5 des strömungsgünstigen Profils im Drosselungsbetrieb
zu arbeiten beginnen, d.h. sie setzen den
Druck des Arbeitsmittels
am Eintritt in den Strömungsteil der Geraddrehungsturbine herab. Die Leistung der
Geraddrehungsturbine nimmt dabei ab.
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Ein überschüssiger Durchfluß des Arbeitsmittels, hier wiro der Fall
eines konstantbleibenden Durchflusses des ArbeitsmittBls besprochen, tritt in den
Strömungsteil der Umkehrungsturbine durch die Fenster 11 der Zylinderhülse 10, da
zu diesem Moment das Verstellmittel 14 das Deckband 13 teilweise hochgehoben hat.
Dadurch steigen im wesentlichen die Ventilationsverluste in der Umkehrungsturbine
an, was zu einer zusätzlichen Herabsetzung der Leistung an der Geraddrehungsturbine
führt.
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Auf diese Diese wird der Teilleistungsbetrieb ohne Veränderung der
Betriebsart des Arbeitsmittelserzeugers eingestellt.-Bei einer weiteren Verstellung
der Verstelischaufeln 5 des strömungsgünstigen Profils im Sinne der Zudeckung und
bei weiteren Hochgang des Deckbandes 13 wird die Teilleistung der Geraddrehung weiter
verkleinert und es kann eine solche Einstellung der Verstellschaufeln 5 des strömungsgünstigen
ProSils und des Deckbandes 13 gefunden werden, bei der die durch Geraddrehungs-
und Umkehrungsturbine entwickelten Drehmomente einander gleich werden Diese Einstellung
entspricht einer Nullausgangsleistung oder dem Stoppschraube-Betrieb.
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Durch eine weitere Verstellung der Verstellschaufeln 5 de£ strömungsgünstigen
Profils im Sinne der Zudeokung und weiteren Aufwärtsgangs des Deckbandes 13 wird
das Auftreten liner çeilleistung der Umkehrung und deren Zuwachs bis auf die Volleistung
in der Umkehrdrehung bewirkt, wenn die Verstellschaufeln
5 den
Strömungsteil der Geraddrehungsturbine vollkommen zudecken und das Deckband 13 seine
obere Endstellung erreicht.
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Es muß darauf aufmerksam gemacht werden, daß bei jeder Betriebsart
des Arbeitsmittelserzeugers ein solcher Zusammenhand zwischen dem Einstellwinkel
der Verstellschaufeln 5 des strömungsgünstigen Profils und der Radialverstellung
des Deckbandes 13 erreicht werden kann, bei dem die Gesamtschluckfähigkeit der Gebaddrehungs-
und Umkehrungsturbine sowie der Expansionsgrad in beiden Turbinenteilen konstant
bleiben,d.h.
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G = G'+ G" = konst. und
= konst., wo G Arbeitsmitteldurchfluß durch den Arbeitsmittelserzeuger, G'Arbeitsmitteldurchfluß
durch die Geraddrehungsturbine, G" Arbeitsmitteldurchfluß durch die Umkehrungsturbine,
#1 Drosselungsgrad des Arbeitsmittels in den Verstellschaufeln 5, # Expan sionsgrad
in der Geraddrehungsturbine, r2 Drosselungsgrad des Arbeitsmittels in der Zylinderhulse
10 und ' Expansionsgrad in der Umkehrungsturbine bedeuten.
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Unter diesen Verhältnissen bleibt der Betrieb des Arbeits@ittelserzeugers
unbeeinflußt.
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Die Umkehrung der Turbine erfolgt in ähnlicher W@ise oben Festhaltung
der Verstellschaufeln 5 des strömungsgünstigen Profils und des Deckbandes 13 in
Zwischenstellungen und kann schnell genug (in 1 bis 5 Sek) durchgeführt werden.
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L e e r s e i t e