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Dampfturbinenaggregat mit zeitweise leer laufenden Einheiten. Die
Erfindung betrifft ein Dampfturbinenaggregat, welches zwei oder mehr Einheiten hat
und bei dem die verschiedenen Einheiten, sei es, auf derselben Welle, sei es in
anderer Weise, miteinander gekuppelt sind oder in Eingriff stehen, wobei das eine
oder mehrere dieser Elemente zeitweise leer laufen. Ein Beispiel eines Turbinenaggregates
dieser .Art ist ein solches für den Schiffsantrieb, welches sowohl mit Vorwärts-
als Rückwärtsturbinen oder Marschturbinen und Turbinen für forcierte Fahrt als Einheiten
des Aggregates und auf derselben Welle versehen ist. Ein weiteres Beispiel ist ein
Aggregat, bei welchem eine Gegendruckturbinevereinigt ist mit einer Hochdruckturbine
unter unmittelbarer Kuppelung beider Turbineneinheiten miteinander.
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=3ei solchen Turbinenaggregaten. erleiden die= leer laufenden Einheiten
Ventilationswiderstände, und es wird entsprechend. durch die Scheibenreibung und
Spaltenreibung die Temperatur in der Turbine erhöht. Da die durch Scheiben- und
Spaltreibung verursachten Arbeitsverluste erheblich sind, so kommt die Temperatur
der Atmosphäre, in weicher die leer laufende Einheit umläuft, schließlich so hoch,
daß eine Gefährdung der Turbine entsteht; sei es infolge starker Beanspruchungen
der Scheiben und des Gehäuses, sei es dadurch, daß Teile ider Turbine, welche aus
Gußeisen .hestehen, so weit erwärmt werden, daß eine dauernde Verwerfung entsteht.
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Die vorliegende Erfindung soll eine .den leer laufenden Satz gefährdende
Temperatursteigerung verhindern. Zu diesem Zweck benutzt die Erfindung die bekannte
Maßnahme, daß durch die leer laufende Einheit Kühldampf geleitet wird, indem nach
der Erfindung der Kühldampf einer arbeitenden Turbineneinheit entnommen wird, in
welcher er durch Arbeitsleistung abgekühlt ist. In der Regel wird der zum Kühlem
einer leer laufenden Einheit dienende Dampf aus einer arbeitenden Einheit desselben
Turbinenaggregates abgezapft, in.
welchem er infolge seiner Arbeitsleistung
abgekühlt ist. Auch kann der Kühldampf von einer Hilfsmaschine entnommen werden
oder einer Niederdruckleitung oder anderen zur Verfügung stehenden Stellen, welche
Dampf von der geeigneten Temperatur abgeben können.
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Wenn der Kühldampf für eine leer laufende Einheit von einem Arbeitsabschnitt
der Turbine entnommen wird, so kann beispielsweise eine Leitung zwei Einheiten des
Turbinenaggregates verbinden, um Dampf, welcher eine Turbine des arbeitenden Teils
des Aggregates durchströmt, in die leer laufende Einheit überzuführen. Abänderungsweise
kann die Kühldampfleitung mit einem Rückschlagventil versehen sein, so daß der durch.
sie gehende Dampf nur nach der einen Richtung strömen kann. Bei dieser Anordnung
wird Dampf zum Kühlen nur der einen Einheit hindurchgeleitet, so daß, wenn eine
andere Einheit gekühlt werden soll und nicht genügend Kühldampf zu diesem Zweck
zur Verfügung steht, eine zusätzliche Leitung mit Rückschlagventilen vorgesehen
sein muß, um den Kühldampf den betreffenden leer laufenden Einheiten. zuzuführen.
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Zuweilen wird die durch Scheiben- und Spaltenreibung entstehende Wärme
bei der einen leer laufenden Einheit größer als bei anderen sein. Beispielsweise
ist dies regelmäßig der Fall bei Schiffsturbinen, welche Vorwärts- und Rückwärtseinheiten
haben. Die Scheiben- und Spaltenreibung der Vorwärtsturbine ist dann beim Leerlauf
größer als bei der Rückwärtsturbine, unter sonst gleichen Umständen. Infolgedessen
ist es nötig, eine größere Menge an Kühldampf der Vorwärtsturbine zuzuführen, als
notwendig ist, um die leer laufende Rückwärtsturbine zu kühlen. In anderen Fällen,
haben die getrennten Einheiten,, obgleich auf derselben Welle laufend, getrennte
Zylinder. Wenn die getrennten Turbineneinheiten in einem einzigen Zylinder oder
Gehäuse laufen und voneinander durch eine Trennwand mit Dichtungsstopfbüchse an
der Durchgangsstelle der Welle getrennt sind, so wird stets ein gewisser Betrag
von Leckdampf durch diese Büchse aus einer Turbine in die andere gelangen, welcher
dazu beitragen wird, den leer laufenden Teil kühl zu halten. Wenn die Büchse so
angeordnet ist, daß der Leckdampf, der durch sie hindurchgeht, genügt, um den Vorwärtsteil
zu kühlen, wenn der Rückwärtsteil arbeitet, so wird der Leckdampf, der übergeht,
wenn der Vorwärtsteil arbeitet, erheblicher sein und größer als nötig ist, die leer
laufende Vorwärtsturbine zu kühlen, so daß ein Verlust entsteht, der die Nutzleistung
der Turbine vermindert, %venn letztere das Schiff vorwärts treibt. In Fällen dieser
Art ist es vorteilhaft, den Leckdampf durch die Stopfbüzhse zum Kühlen desjenigen
Turbinenteiles, welcher die geringere Scheiben- und Spaltenreibung hat, zu benutzen
und eine Leitung vorzusehen, durch welche zusätzlicher Dampf in entgegengesetzter
Richtung in denjenigen Turbinenteil geführt wird, welcher die größere Scheiben-
und Spaltreibung hat, wenn er leer läuft.
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Die Kühldampfmenge für eine leer laufende Einheit des Turbinenaggregates
kann dadurch geregelt werden, daß der Leitungsquerschnitt für die Überführung des
Kühldampfes entsprechend bemessen wird oder auch mittels eines durch Hand oder selbsttätig
verstellten iZe-,el@-entils oder dadurch, daß die Leitung mit einem Rückschlagventil
versehen ist, das bei einem größeren Dampfdruck an der Seite des Ventils, von welcher
der Dampf abzusaugen ist, selbsttätig öffnet.
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Wenn die Kühldampfleitung ohne Regelventil ist, so sind die Stellen
bei den Einheiten des Turbinenaggregats, mit denen die Leitung verbunden st, so
zu wählen, daß der an diesen Stellen vorhandene Dampfdruck eine größere Dampfmenge
durch die Leitung hindurchläßt, wenn die Turbineneinheit mit der geringeren Scheiben-
und Spaltreibung, als wenn die Turbineneinheit mit der größeren Scheiben- oder Spaltreibung
arbeitet.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsl-eispiele dargestellt.
Abb. i zeigt das Schema eines Turbinenaggregates für Schiffsantrieb mit Vorwärts-
und Rückwärtsturbine. Abb. a zeigt das Schema einer Schiffsturbine mit Hauptturbine
und Marschturbine, wobei von der Hauptturbine nur der Hochdruckzylinder dargestellt
ist. Abb. 3 zeigt das Schema einer unmittelbar mit einer Hochdruckturbine verbundenen,
Gegendruckturbine. Bei allen Ausführungsformen erfolgt eine Kühlung der leer laufenden.
Einheiten gemäß der Erfindung.
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In Abb. i besteht das Turbinenaggregat aus einer Hochdruckvorwärtsturbine
q. und einer Hochdruckrückwärtsturbine 5, einer Niederdruckvorwärtsturbine 6 und
einer Niederdruckrückwärtsturbine 7. Die Vorwärts- und Rückwärtsteile der Hoch-
und Niederdrucktubinen sind, wie ersichtlich, in getrennten Zylindern angeordnet.
Der Auspuff der Hochdruckvorwärtsturbine q. ist durch eine Leitung 8 mit dem Ei.nlaß
der Niederdruckvorwärtsturbine 6 verbunden und ebenso" der Auspuff der Hochdruckrückwärtsmaschine
5 durch eine Leitung 9 mit dem Einlaß der Hochdruckrückwärtsturbine 7. Gemäß der
Erfindung ist die Hochdruckvorwärtsturbine d. mit der Hochdruckrückwärtsturbine
5 durch eine Leitung io mit einem Ventil ii verbunden, durch welche, wenn die Turbine
vorwärts
läuft und entsprechend die Rückwärtsturbinen 5 und 7 leer
laufen, Dampf aus der Vorwärtsturbine 4 in die Hochdruckrückwärtsturbine5 überströmt,
um darauf durch dieVerbindungsleiturngg und die Niederdruckrückwärtsturbine 7 in
den Kondensatoreinlaß 12 zu gelangen. Das Ventil i i in der Leitung io kann entweder
ein Handventil sein, welches dann geöffnet wird, wenn die Vorwärtsturbinen arbeiten,
oder ein Rückschlagventil, das so angeordnet ist, daß der Dampf aus der Vorwärtsturbine
¢ in die Rückwärtsturbine 5, aber nicht zurückgelangen kann. Damit die Vorwärtsturbine
gekühlt wird, wenn die Rückwärtsturbine 5 arbeitet und das Schiff rückwärts fährt,
ist eine Leitung 13 vorgesehen, welche die Hochdruckrückwärtsturbine 5 mit einer
Zwi.sch.enstufe der Hochdruckvorwärtsturbine 4 verbindet. Eine weitere Leitung 14
verbindet den Auspuff der Hochdruckrückwärtsturbine 5 mit der Leitung 8, welche
zu dem Einlaß der Niederdruckvorwärtsturbine geht. Die Leitungen 13 und 14 sind
mit Ventilen 15 bzw. 16 versehen, welche wiederum entweder Handventile sein können,
in welchem Falle sie zu, öffnen sind, wenn die Rückwärtsturbinen arbeiten, oder
aber Rückschlagventile, welche dem. Dampf gestatten, aus der Rückwärtsturbine in
die Vorwärtsturl:ine zu strömen, al:er nicht umgekehrt. Wenn die Rückwärtsturbinen
arbeiten und es erwünscht ist, die leer laufenden Turbinen 4 und 6 des Vorwärtsteiles
zu kühlen, geht bei dieser Anordnung Dampf durch die Leitungen; 13 und 14 in und
durch die Hoch- und Niederdruckteile der Turbine und verhindert, daß die Temperatur.
in diesen Teilen der Turbine einen unerwünschten Grad erreicht. An Stelle der zwei
Leitungen 13 und 14 kann es auch genügen, eine einzige Leitung vorzusehen, welche
die Rückwärts-und Vorwärtsteile verbindet, um sämtlichen Kühldampf für die Teile
4 und 6 zu liefern.
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In manchen Fällen kann der Dampf zum Kühlen bestimmter Teile der Turbine
von den Vorwärtsteilen, nach den Rückwärtsteifen oder umgekehrt, je nachdem welche
Teile arbeiten, auch durch eine Leitung geführt werden, welche kein Ventil besitzt,
wie beispielsweise die Leitung 17. Wird eine Verbindung dieser Art benutzt, so sind
die Stellen 18 und 19 (Leitung 17) an dem Vorwärts- und Rückwärtsteil des Turbinenaggregates
so auszuwählen, daß in der Regel der an diesen Stellen vorgesehene Dampfdruck ein
solcher ist, daß eine größere Dampfmenge vom Rückwärtsteil nach dem Vorwärtsteil
überströmt, wenn dieTurbine rückwärts läuft und derVorwärtsteil leer läuft, als
wenn die Sache umgekehrt liegt, unter der Voraussetzung, daß, wie es die Regel ist,
die Scheibenreibung und Spaltverlust des Vorwärtsteiles größer sind als die des
Rückwärtsteiles.
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In Abb. i ist die Hochdruckvorwärtsturbine 4 von der Hochdruckrückwärtsturbine
5 durch eine Trennungswand 2o mit einer Stopfbüchse 2i abgeschlossen, welche die
Turb:nenwelle 22 umgibt. Die Leitung io zur Lieferung des Kühldampfes für die Rückwärtsturbinen
5 und 7 aus der Vorwärtsturbine 4, wenn erstere leer laufen, kann dann fortgelassen
werden, wenn der Leckdampf, der durch die Stopfbüchse 21 vom Hochdruckteile 4 übergeht,
genügend ist, um den leer laufenden Rückwärtsteil der Turbine zu kühlen.
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Ein Rohr oder eine Leitung 13 bzw. 14 oder 17 muß indessen. vorhanden
sein, um den Zusatzdampf zu liefern, der nötig ist, um die Vorwärtsabschnitte 4
und 6 der Turbine zu kühlen, wenn letztere leer läuft beim. Rückwärtsfahren des,
Schiffes. Der erwähnte, durch die Stopfbüchse 2i in bekannter Weise übergehende
Leckdampf ist nämlich ungenügend, um die nötige Menge von Kühldampf für den größeren
Vorwärtsabschnitt zu liefern. Die beschriebene Anordnung dient in diesen Fällen
dazu, den Durchgang von -genügend Leckdampf durch die ,Stopfbüchse für das Kühlen
des kleineren Rückwärtsabschnittes der Turbine zu liefern, wenn die Turbine leer
läuft, aber anderseits ein Rohr oder eine Leitung gemäß der Erfindung vorzusehen,
um den durchgehenden, in seiner Menge ungenügenden Leckdampf durch die Stopfbüchse
zu ergänzen, damit genügend Kühldampf zum Abkühlen des großen Vorwärtsabschnittes
der Turbine bei deren Leerlauf vorhanden ist.
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Das in Abb. 2 schematisch dargestellte Turbinenaggregat besteht aus
einer Hauptturbine für volle bzw. forcierte Fahrt 23 und einer Marschturbine 24.
Die Läufe beider Turbinen sind auf @dersel-en Welle gefestigt und entweder, wie
dargestellt, in getrennten Zylindern enthalten oder, wie bei @Abb. i, in zwei mit
Trennungswand mit Stopfbüchse gegeneinander abgeschlossenen Hälften eines einzigen
Zylinders. Beim Laufen mit voller Kraft arbeitet nur die Turbine 23, während beim
Laufen mit Marschgeschwindigkeit beide Turbinen 23 und 24 arbeiten. Hierbei tritt
der Dampf zunächst in die Marschturbine 24 und dann durch die Hauptturbine 23 nach
dem Auspuff 25, wobei der Übertritt durch eine Leitung 26 erfolgt. Der Auspuff der
Marsch turbine 24 kann auch mit einer mit Ventil versehenen Leitung 27 verbunden
sein. Das Ventil in dieser Leitung wird naturgemäß nur geöffnet, wenn die Marschturbine
leer läuft. Eine Leitung 28 zweigt von einer geeigneten Stufe der Hauptturbine 23
ab und führt zu dem Einlaß der Marschturbine 24. In dieser
Kühldampfleitung
ist ein Rückschlagventi129 vorgesehen, welches dem Dampf durch die Leitung 28 nur
dann den Durchtritt gestattet, wenn der Druck am Einlaß der Marschturbine 2.t niedriger
ist als der an der Hauptturbine an dem Punkt, wo die Leitung 28 abzweigt.
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Wenn die Turbine volle Geschwindigkeit entwickelt und entsprechend
dieMarschturbine leer läuft, wird letztere durch Öffnen des Ventils in der Leitung
27 mit dem Kondensator verbunden und durch Schließen des, Ventils in der Verbindungsleitung
26 von der Hauptturbine 23 abgeschlossen. Der Kühldampf geht dann aus der Hauptturbine23
durch die Leitung 28 in die Marschturbine 24 undi, nachdem er sie gekühlt hat, in,
den Kondensator. W, nn dagegen. die Marschturbine 24 arbeitet, verhindert das Rückschlagventil29
in der Leitung 28 ein. Überströmen von Dampf durch die Leitung 28 in die Hauptturbine
23.
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Die Abb. 3 zeigt schematisch ein Turbinenaggregat, bei welchem eine
Hochdruckturbine 30 unmittelbar mit einer Gegendruckturbine 31 verbunden
ist. Von der Gegendruckturbine strömt der Dampf gewöhnlich in eine Hauptleitung
und wir#1 für Heizzwecke oder sonstige Arbeitszwecke benutzt, wobei unter Umständen
die Gegendruckturbine 31 keinen Dampf in die Heizleitung liefert und die Hochdruckturbine
die ganze Belastung erhält. Unter diesen Umständen kann die Turbinentemperatur auf
einen unerwünscht hohen Grad gelangen. Um dies zu verhindern, wird Dampf von einer
geeigneten Zwischenstufe der Hochdruckturbine 30 mittels einer Leitung 32
abgezapft, welche zur Gegendruckturbine führt und in der ein Rückschlagventil 33
eingeschaltet ist. Läuft die Gegendruckturbine leer und wird sie in der angegebenen.
Weise gekühlt, so wird die Verbindung zwischen dem Auspuff der Gegendruckturbine
31 und der Leitung 34 durch das übliche Rückschlagventil35 abgesperrt und der Auspuff
der Gegendruckturbine 31 entweder mit der Außenluft oder vorteilhaft mit einem Kondensator
verbunden, welcher zweckmäßig der Kondensator der Hochdruckturbine 30 ist.
Die Verbindung zwischen dem Auspuff der Gegendiruckturbine 31 und dem Kondensator
wird durch ein Ventil 36 geregelt, welches von Hand, vorteilhaft aber selbsttätig,
verstellt wird. Die selbsttätige Bewegung dieses Ventils 36 kann in verschiedener
Weise ausgeführt werden. Beispielsweise steht das Ventil 36 unter dem Einfluß
eines Kolbens 37, dessen obere Fläche mit dem Raum unter dem Kolben der Steuerung
verbunden ist, welche den Eintritt des Dampfes zur Gegendruckturbine steuert. In
entgegengesetzter Richtung wirkt auf den Kolben 37 eine Feder 38. Wenn die Gegendruckturbine
31 gar keinen oder sehr wenig Dampf in die- Leitung 34 liefert, sind ihre Einlaßregelungsventile
geschlossen, und Infolgedessen ist der Druck unter .dem Steuerkolben 0. Unter diesen
Umständen wird der Kolben 37 des Ventils 36 durch die Feder 38 gehoben, so daß sich
das Ventil '36 öffnet und hierdurch der .Auspuff der Gegendruckturbine 31 mit dem
Kondensator durch die Leitung 39 verbunden wird.
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Obgleich vorstehend die Erfindung an Beispielen von Turbinen -beschrieben
ist, welche scheibenförmige Laufräder haben., so kann die Erfindung in einzelnen
Fällen -mit Vorteil bei Turbinen mit Trommeln Anwendung finden.