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Dampfturbine. Die Erfindung bezieht sich auf Dampfturbinen, welche
aus zwei oder mehreren Turbinenabschnitten bestehen, die entweder auf derselben
Welle sitzen oder in anderer Weise miteinander gekuppelt sein können, und von denen
einer oder mehrere zeitweilig leerlaufen, während die anderen Abschnitte arbeiten.
Bei solchen Turbinen wurde vorgeschlagen, verhältnismäßig kühlen Dampf einem leerlaufenden
Abschnitt .der Turbine
zuzuführen, damit dessen Temperatur nicht
einen die Turbine gefährdenden Grad erreicht.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich .insbesondere auf solche Turbinen,
bei denen ein oder sämtliche Schaufelkränze eines Turbinenabschnittes unsymmetrisch
sind, 4.h. bei denen die Winkel an den Einlaßkanten größer sind als die Winkel an
den Auslaßkanten, und bei denen ein Abschnitt beim Leerlauf in umgekehrter Richtung
umläuft gegenüber der, wenn er Arbeitsdampf erhält und arbeitet. Ein Beispiel einer
solchen Turbine ist eine Schiffsturbine, bei der die Vorwärtsturbine und die Rückwärtsturbine
auf derselben Welle sitzen.
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Wenn Turbinen mit den vorerwähnten Eigenschaften in umgekehrter Richtung
laufen, so suchen sie das umgebende Mittel durch die Turbine in einer Richtung zu
verdrängen, die entgegengesetzt zu der ist, in welcher der Dampf strömt, wenn die
Turbine normal arbeitet. Die Turbine übt dann eine Art Pumpenwirkung aus.
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Bei einer Turbine, bei welcher ein Teil oder sämtliche Laufschaufeln
unsymmetrisch sind, entsteht eine solche Pumpenwirkung, und sie ist unausbleiblich,
wenn die Turbine in der entgegengesetzten Richtung zu laufen beginnt. Da das auf
diese Weise geförderte Mittel in die geschlossene Kammer gepumpt wird, die vom Zylinder
gebildet wird, so hört diese Wirkung bald auf.
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Es wurde bereits vorgeschlagen, bei Dampfturbinen Dampf oder Luft
als Kühlmittel in entgegengesetzter Richtung wie beim Arbeiten durch die leerlaufende
Turbine streichen zu lassen, doch wird in diesem Falle eine besondere Vorrichtung,
z. B. ein Ejektor, für dieses Hindurchpumpen des Kühlmittels benutzt.
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Gemäß der Erfindung ist die Einrichtung so getroffen, daß diese Pumpenwirlung
der Turbine selbst bei einer Drehung in umgekehrter Richtung dazu ausgenutzt wind,
beständig durch die Turbine oder einen Teil derselben Dampf von geeigneter Temperatur
kreisen zu lassen, damit die Turbinentemperatur nicht auf einen gefährlichen Grad
steigt. Die Einrichtung besteht aus einer oder mehreren Leitungen oder Kanälen,
die eine Stelle oder mehrere Stellen, wo sich beim normaten Arbeiten der Einlaß
oder Hochdruckteil der Turbinenstufe, welcher gekühlt werden soll, befindet, mit
einer Stelle verbinden, in der ein geeigneter Druck herrscht, so daß Dampf, der
infolge der erwähnten Pumpenwirkung durch den leerlaufenden Abschnitt gesaugt wird,
oder ein Teil desselben fortgeleitet wird und der Dampfumlauf durch die Turbine
auf diese Weise eine ununterbrochene wird. Unter normalem Arbeiten ist hier der
Zustand zu verstehen, wo die Turbine die Dampfenergie in mechanische Energie umsetzt.
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Bei einigen Ausführungsformen ist die Stelle, zu welcher die erwähnten
Leitungen führen, der Auspuff derselben Turbine, nach anderen Ausführungsformen
aber kann sie auch der Auspuff einer anderen Turbine oder ein Speisewassererhitzer
oder ein anderer Teil der Anlage sein, in welchem der herrschende Druck die geeignete
Höhe hat, so daß der durch die Turbine gepumpte Dampf entfernt werden kann, während
seine Wärme vorteilhaft ausgenutzt wird. Wenn der entwickelte Dampfdruck höher ist
als der in einer Niederdruckstufe der Turbine oder eines Turbinenabschnittes, der
normal arbeitet, so kann mit Vorteil der Dampf, der aus der leerlaufenden Turbine
oder dem leerlaufenden Turbinenabschnitt fortgeleitet wird, in eine solche Niederdruckstufe
geleitet werden und in dieser auf den Auspuffdruck expandieren.
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Der durch die leerlaufende Turbine oder den Turbinenabschnitt in der
beschriebenen Weise durchgeführte Dampf muß eine solche Temperatur haben, daß die
hier entwickelte Wärme genügend abgeleitet wird, und er kann vorteilhaft aus einer
Niederdrackstufe oder den Auspuff eines anderen Abschnittes derselben Turbine entnommen
werden, wo er Gelegenheit hat, sich als Ergebnis der geleisteten Arbeit auf die
geeignete Temperatur abzukühlen. Beim Beispiel einer Schiffsturbine, wo die Rückwärtsturbine
leerläuft, kann der zu ihrer Kühlung dienende Dampf durch die Pumpenwirkung der
Rückwärtsturbine aus einer Niederdruckstufe oder dem Auspuff der Vorwärtsturbine
entnommen werden und umgekehrt.
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Um ein Überströmen des Dampfes idurch (die erwähnten Leitungen zu
verhüten, wenn die Turbine Arbeitsdampf erhält und normal arbeitet, sind diese Leitungen
mit geeigneten Absperrgliedern versehen, die entweder von Hand oder selbsttätig
zu dem geigneten Zeitpunkt verstellt werden, ,um ,die Leitung abzusperren. Zuweilen
genügen einfache Rückschlag ventile.
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Die Zeichnung zeigt schematische Schnitte durch verschiedene Ausführungsformen
mit Einrichtung zur Zuführung von Kühldampf nach einem leerlaufenden Turbinenabschnitt
gemäß der Erfindung.
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In Abb. r ist eine Üiberdruckvorwärtsturbine z in deruselben Zylinder
oder Gehäuse wie eine Überdruckrückwärtsturbine 2 eingeschlossen, deren umlaufender
Teil auf derselben Welle wie der der Vorwärtsturbine sitzt. Für das normale Arbeiten
wird der
Dampf am Einlaß 3 der Vorwärtsturbine I zugeführt und durch
den Einlaß 4 für das normale Arbeiten der Rückwärtsturbine 2, während das Auspuffgehäuse
5 für beide Turbinen gemeinsam ist. 6 ist eine mit von Hand oder selbsttätig verstellbarem
Abschlußglied 7 versehene Leitung. Diese Leitung verbindet das Auspuffgehäuse 5
mit dem Einlaßende der Vorwärtsturbine I.
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Arbeitet die Rückwärtsturbine 2 normal, und läuft infolgedessen die
Vorwärtsturbine I leer in umgekehrter Richtung, so veranlaßt die entstehende Pumpenwirkung
Dampf, durch die Vorwärtsturbine aus dem Auspuffgehäuse 5 nach dem Einlaß und zurück
durch die Leitung 6 in das Auspuffgehäuse zu laufen, zu welchem Zwecke das Absperrglied
7 geöffnet ist. Arbeitet die Turbine I normal, so ist das Absperrglied 7 geschlossen,
und die Rückwärtsturbine 2 läuft in der Vorwärtsrichtung leer, wobei der Dampf,
welcher hinter das nicht dargestellte Steuerventil überströmt und in den Einlaß
4 und von da durch die Rückwärtsturbine gelangt, genügend ist, um letztere kühl
zu halten. Ist dies nicht der Fall, so kann anich eine besondere Kühlung dieser
Rückwärtsturbine in derselben Weise, wie für die Vorwärtsturbine beschrieben, erfolgen,
oder aber Kühldampf kann in der eingangs erwähnten anderen Weise zur Kühlung der
Rückwärtsturbine verwendet wenden.
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In Abb. 2 ist eine Überdruckturbine I an der Auspuffseite durch eine
Leitung 8 mit einer doppelt beaufschlagten Überdruckturbine 9 verbunden, und beide
Turbinen werden für die Vorwärtsrichtung verwendet. Die Rückwärtsturbine 2, ebenfalls
eine. Überdruckturbine, läuft in demselben Gehäuse wie ,die Niederdruckturbine 9
auf derselben Welle. Beim Vorwärtsgang wird Dampf am Einlaß 3 zugelassen, und er
geht durch die Hochdruckvorwärtsturbine I, dann durch die Leitung 8 in Iden Einlaß
der Niederdruckvorwärtsturbine 9 und von da nach den Auspuffgehäusen Io und i i.
Während dieses Vorwärtsganges kann die Rückwärtsturbine 2 in der vorher angegebenen
Weise wie bei Abb. I gekühlt werden.
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Wenn nun die Rückwärtsturbine 2 beaufschlagt wird, so läuft die Niederdruckturbine
9 umentgegengesetzten Sinne leer und pumpt hierbei Dampf aus den Auspuffgehäusen
Io und II in die Leitung B. Aus dieser geht er durch das Rohr Iz wieder zurück,
indem das Absperrglied I3 offen ist. Dieser Dampfumlauf ist in der Zeichnung durch
ausgezogene Pfeile angedeutet. Wenn gleichzeitig auch die Hochdruckturbine I in
umgekehrter Richtung leerläuft, so geht Kühldampfdurch diese Turbine aus der Leitung
8, indem er durch die Pumpenwirkung der Turbine nach dem Einlaß gefördert wird,
von wo er durch die Leitung I4 nach dem Auspuffgehäuse I i gelangt, indem das Absperrglied
I5 zu diesem Zwecke offen ist. Für diesen Fall kann das Rohr I2 fortgelassen werden,
und der Dampfumlauf ist durch punktierte Pfeile angedeutet. Ist die Turbine I eine
Gleichdruckturbine, so ist die Pumpenwirkung beim Leerlauf in der Rückwärtsrichtung
zu gering, um eine genügend ausnutzbare Wirkung zu haben; dann wird der Dampfumlauf
aber durch die Pumpenwirkung der Niederdruckturbine 9 aufrechterhalten.
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A bb. 3 zeigt eine Gleichdruck-Hochdruckv orwärtsturbine I6, deren
Auspuff durch die Leitung 8 mit einer doppelt beaufschlagten Überdruck-Niederdruckturbine
9 verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform sitzen Rückwärtsturbinen I7 und I8 sowohl
auf der Welle der Hochdruckturbine wie auf der Niederdruckturbine. Diese Rückwärtsturbinen
sind beide Überdruckturbinen. Der Dampfeinlaß zur Hochdruckworwärtsturbine I6 ist
bei 3 und,der für die Hochdruckrückwärtsturbine I7 bei 4. Der Auspuff dieser Turbinen
ist durch ein Rohr I9 mit dem Einlaß der Niederdruckrückwärtsturbine I8 verbunden.
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Arbeiten die beiden Rückwärtsturbinen, während die Vorwär tsturbinen
in umgekehrter Richtung leerlaufen, so wird der Dampf zur Kühlung der Niederdruckturbine
9 aus den Auspuffgehäusen Io und II eingepumpt, gelangt in die Leitung 8 und von
da durch das Rohr I2 und das offene Absperrglied I3 zurück, genau wie bei der Ausführungsform
der Abb.2. Die Kühlung der Hochdruckturbine 16 erfolgt mittels Dampfes, der aus
dem Auspuff der Hochdruckrückwärtsturbine 1E durch eire Rohr 2o mit zu .diesem Zwecke
offenem Absperrglied 21 in der eingangs erwähnten anderen Kühlungsform geht, welche
nicht den Gegensand der vorliegenden Erfindung bildet. Der Kühldampfumlauf für die
Turbinen 9 und 16 ist durch ausgezogene Pfeile angedeutet.
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,Wenn die Vorwärtsturbinen arbeiten -und die Rückwärtsturbinen 17
und 18 leerlaufen, so geht genügend Kühldampf :durch ,die Stoffbüchse 22 vom Einlaß
der .Hochdruckturbine 16 über, doch kann diese Kühlung in irgendeiner vorbeschriebenen
Weise ergänzt -verdien.
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@Die Ausführungsform nach Abb. 4 ist ähnlich [der nach Abib. 3 und
arbeitet in ähnlicher Weise, nur ist in :das Rohr 12 ein Speisewassererh.itzer 23
eingeschaltet, so daß die Wärmeenergie des Dampfes, der beim Leerlaufen durch .die
Vorwärtsturbine gepumpt
wird, besonders ausgenutzt wird. Bei dieser
Ausführungsform sitzt das Absperrglied I3 zwischen der Leitung 8 und dem Speisewassererhitzer
23 und wird geschlossen, um den Speisewassererhitzer abzusperren, wenn die Turbine
normal arbeitet.
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In den Fällen, wo die Niederdruckrückwärtsturbine oder ein Abschnitt
derselben als Überdruckturbine ausgeführt ist oder sonst eine Ausführungsform hat,
welche bei der Drehung in umgekehrter Richtung zur normalen als Pumpe wirkt, kann
eine Leitung vorgesehen sein, die aus den Auspuff nach dem Einlaß der Niederdruckrückwärtsturbine
führt, wobei durch diese Leitung Kühldampf durch die Rückwärtsturbine gepumpt .wird,
wenn die Vorwärtsturbine arbeitet. In diesem Falle wird ein Speisewassererhitzer
in diese Leitung eingeschaltet, und das Absperrglied sitzt zwischen dem Speisewassererhitzer
und dem N iederdruckdampfeinlaß in derselben Weise, wie dies vorher für die Vorwärtsseite
beschrieben wurde. Wird bei der Ausführungsform nach Abb.2 mit Leitung I4 ein Speisewassererhitzer
angewendet, so erfolgt seine Einschaltung zwischen dem Absperrglied I5 und dem Auspuff
I a.
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Abb. 5 zeigt eine Ausführungsform, welche ähnlich ist wie die der
Abb. 3, wobei aber das Rohr I2 statt mit dem Auspuffgehäuse II mit einer Zwischenstufe
der Niederdruckrückwärtsturbine 18 verbunden ist, so daß diese Wärmeenergie des
Dampfes, der durch die Vorwärtsturbine beim Leerlaufen gegangen ist, noch in der
letzten Stufe der Rückwärtsturbine 18 ausgenutzt wird.
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Bei manchen Turbinen kann das Verhältnis der Ursymmetrie bei den Laufschaufeln
nicht ausreichend sein, um die nötige Pumpenwirkung hervorzubringen, um den beschriebenen
Kühldampfumlauf durch die Turbinen zu erzeugen, oder aber der Unterschied zwischen
Einlaßwinkel und Auslaßwinkel der Schaufeln kann für diesen Zweck zu bering sein.
Wenn beispielsweise eine Druckturbine entgegengesetzt zur Arbeitsrichtung läuft,
so erhält man keine merkbare Pumpenwirkung, weil Auslaß- und Einlaßwinkel der Schaufeln
annähernd gleich sind. Wenn in solchem halle eine Einrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung getroffen wird, so sind zusätzliche Einrichtungen in Verbindung hiermit
zu treffen, um einen ausreichenden Dampfumlauf für die Kühlung zu erreichen, damit
die Temperatur der leerlaufenden Turbine nicht einen gefährlichen Grad erreicht.