DE414916C - Dampfturbine fuer hohen Druck und hohe UEberhitzung - Google Patents

Description

Die Verwendung hochgespannten und hochüberhitzten Dampfes (über 20 Atm. und 350⁰ C) hat bisher keine wesentliche Änderung im Aufbau der Dampfturbine zur Folge gehabt. Als zweckmäßiges Mittel, um hohe Drücke und hohe Temperaturen in der Turbine zu verarbeiten, galt bisher die weitgehende Entspannung des Dampfes in der ersten Düsenreihe, also die Verarbeitung großer Gefalle in der ersten Stufe. Durch diese Maßnahme kann allerdings erreicht werden, daß die Temperaturen und Drücke am Rade mäßig werden, die großen Gefalle erfordern aber, um brauchbare Wirkungsgrade zu geben, sehr große Radumfangsgeschwindigkeiten. Da aus bekannten Gründen die Umdrehungszahl meist eine verhältnismäßig niedrige sein muß (< 3000 Min.), so ergeben sich hieraus sehr große Raddurchmesser und aus den Raddurchmessern teure und umfangreiche Gehäuse, die infolge der bedeutenden Temperaturunterschiede am Hoch- und Niederdruckende durch Wärmespannungen besonders gefährdet sind. Tatsächlich sind bisher alle Versuche, normal gebaute Tubinen mit Dampf von hohem Druck oder sehr hoher Überhitzung zu betreiben, an Gehäusebrüchen gescheitert.

Die Verarbeitung von hochgespanntem und hochüberhitztem Dampf wird daher bekanntlich in zwei getrennten Turbinen vorgenommen, von denen die erste als Hochdruck-Gegendruckturbine gebaut ist und den Dampf bis zu einem bestimmten mäßigen Gegendruck verarbeitet, während die zweite Turbine eine Turbine gewöhnlicher Bauart sein kann.

Vorliegende Erfindung bezweckt nun die bauliche Durchbildung einer solchen Hochdruck-Gegendruckturbine. Gemäß der Erfindung erfolgt die Aufteilung des Dampfgefälles auf mehrere auf Getriebe arbeitende Räder, die mindestens in zwei Gehäusen untergebracht und auf Ritzelwellen fliegend angeordnet werden, die symmetrisch um das Getrieberad gelagert sind. Das Getriebegehäuse dient als Haupttragkörper der Turbine, und zwar sind die Turbinengehäuse derart befestigt, daß sie sich unter dem Einfluß der Wärme frei ausdehnen können, ohne die Zentrierung zu verlieren.

Es sind allerdings Turbinen bekannt, bei denen die Hochdruckstufe rascher läuft als die Niederdruckstufe. Ferner sind Turbinen bekannt, deren einzelneRäder mittels mehrerer Ritzel auf ein gemeinsames Getrieberad arbeiten, ferner hat die fliegende Anordnung von Turbinenrädern, die Getriebe antreiben, bereits Anwendung gefunden. Auch sind Anordnungen bekannt geworden, bei welchen zwei Turbinen auf ein gemeinsames Getriebe

arbeiten, wobei sich die Ritzel symmetrisch zur Getriebemittelebene befinden. Es handelt sich aber hierbei um vollständige Turbinen, die auch einzeln, d. h. ohne Getriebe, betriebsfähig bleiben würden. Die vorliegende Erfindung vereinigt diese einzeln bekannten Merkmale, um einen einfachen, insbesondere den Bedingungen des Hochdruck- und Heißdampfbetriebes gerecht werdenden Zusammenbau zu erhalten.

Inwiefern die oben angeführten Kennzeichen der neuen Bauart zusammenhängen und in ihrer Vereinigung die erhöhten Vorteile erbringen, ist aus Folgendem ersichtlich: t5 Die hohe Drehzahl, die durch Verwendung des Getriebes ermöglicht ist, gestattet auch bei kleinen Raddurchmessern genügend hohe Umfangsgeschwindigkeiten, unter welchen solche von möglichst unter 160 m/sek. zu verstehen sind. Die kleinen Raddurchmesser ergeben volle Beaufschlagung bei genügend hohen Schaufeln, die Gehäuseabmessungen werden gering, die Beherrschung hoher Drücke und Temperaturen in der Radkammer dadurch erleichtert. Infolge der vollen Beaufschlagung und der kleinen Raddurchmesser werden die Ventilations- und Radreibungsverluste klein. Die symmetrische Anordnung zweier Ritzel auf einem Raddurchmesser und gleiche Leistungsverteilung suf jede Turbine oder jedes Ritzel ermöglicht einfache Getriebeausfülirung und vollständige Entlastung des Zapfens des großen Getrieberades von biegenden Momenten. Durch die fliegende Anordnung der Turbinenräder kommen Lager, Kupplung und die Stopfbuchse auf einer Seite jedes Gehäuses in Wegfall. Der auf das wellenfreie Ende des Turbinenläufers wirkende Dampfdruck kann bei schrägen Zähnen (Schraubenrädern) . zum Ausgleich des Zahndruckes verwendet j werden, so daß die Ritzelwelle in sich aus- j geglichen ist und keine oder nur kleine Druck- j lager benötigt. Durch die Verwendung der | Ritzehvellen als Turbinenwellen und Vcr- ^; legung sämtlicher Hauptteile der Turbine ; und gegebenenfalls auch des einen Generator- j lagers ins Getriebegehäuse wird dieses zum ^! Hauptbestandteil des Aggregates. Werden | mehr als zwei Turbinengehäuse erforderlich, \ so können diese auf zwei Getriebe verteilt werden, die dann an beiden Enden der Generatorwelle angebracht werden. Da durch ; die symmetrische Anordnung der Ritzel die : Wellenenden durch keine Biegungsmomente ; beansprucht sind, können auch die Getrieberäder fliegend aufgesetzt werden, und zwar unmittelbar auf das Wellenende der zu kuppelnden Xormaldruckturbine oder des Ge- : nerators. Bei Anordnung je eines Getriebes ; auf beiden Seiten der Generatorwelle ist dann ' ein vollkommener Ausgleich der Achsialschübe aus den Zahndrücken ermöglicht, wobei bei verschieden großen Achsialschüben der Ausgleich durch entsprechende Schrägstellung der Zähne beider Räder erfolgt.

Besonders wichtig ist bei Hochdruckdampf, daß die Verluste durch die Stopfbüchsen klein gehalten werden. Um dies zu erreichen, j sind die Spiele in den Stopfbuchsen (Laby-

rinthe) auf ein Mindestmaß zu verringern und ^; deshalb auf die genaueste Zentrierung der ι Stopfbuchse zu achten. Die neue Bauart der Turbine gestatte eine hierzu zweckdienliche Bauweise durch unmittelbare Verbindung der Stopfbüchse mit den Lagern und Trennung der Stopfbüchse vom Turbinengehäuse. Die Zentrierung der Stopfbüchse erfolgt dann gemeinsam mit den Lagern und bleibt unberührt von Verlagerungen des Gehäuses, die beispielsweise durch Wärmespannungen oder Rohrzüge hervorgerufen werden.

In den Abbildungen sind drei verschiedene !"alle als Beispiele für die neue Bauart gezeigt.

Abb. ι gibt schematisch den Längsschnitt durch eine zweirädrige Vorstufe wieder, die zweite Turbine hat man sich hinter der ersten gelegen zu denken. Die beiden Räder U₁ a„, die durch die Zwischenwand m getrennt sind, arbeiten auf ein Ritzel b und sind fliegend angeordnet, c und d sind die Ritzellager. Das Turbinengehäuse e ist durch Flansch f am Getriebegehäuse befestigt. Zur Zentrierung können beispielsweise kreuzförmig gestellte Keile dienen, längs welchen sich das Gehäuse bei Erwärmung auszudehnen vermag, g ist die Stopfbüchse, 'die als gewöhnliche Labyrinthstopfbüchse ausgeführt werden kann. Der Leckdampf tritt in den Raum h, von wo er abströmt. Das große Getrieberad i ist beiderseitig gelagert angenommen und mit dem Generator oder einer den Vorstufen nachgeschalteten Xormaldruckturbine verbunden.

Abb. 2 zeigt eine ähnliche Anordnung schematisch und wagerecht geschnitten. Die vier Räder sind Ci₁ bis a_A, das Getrieberad i auf dein Wellenende des Generators oder der nachgeschalteten Normaldruckturbine ist no fliegend angeordnet. Die Radkammern jeder Vorstufe sind wie in Abb. 1 durch Zwischenwände >ii getrennt. Die Gehäuse können zweiteilig oder bei abnehmbaren Rädern auch einteilig ausgeführt werden. Bei der zweiteiligen Ausführung können beispielsweise bei Platzmangel zur besseren Zugangsmöglichkeit zu den Deckelschrauben die Längsflanschen auch unter 45 ° gegen die Horizontale geneigt sein, b sind wieder die Ritzel, die hier schräge Zähne aufweisen; die Ritzellager sind auf einer Seite als Drucklager η aus-

gebildet, ο sind die Regler nebst Steuerung mit Antrieb durch die Schraubenräder ρ. Der Dampfweg ist durch Pfeile angedeutet. Der , aus der letzten Stufe der zweiten Vorstufe tretende Dampf wird einer Turbine normaler Bauart zugeführt, wo er seine restliche Euer- ; gie abgibt.

Abb. 3 zeigt schematisch eine Hochdruckturbine mit vier Vorstufen, die an beiden ίο Enden des Generators ι aufgestellt sind. Die ersten Stufen sind beide einrädrig {α_Λ und a.,), j die zwei weiteren je zweirädrig (a„ bis a_a) \ gezeichnet. Die Schräge der Zähne des Ge- i trieb es kann leicht so bestimmt werden, daß | sämtliche Achsialschübe, herrührend vom j Dampfdruck der wellenlosen Enden der Turbinenläufer und von den Anfangskräften an den Zähnen, sich untereinander vollkommen ausgleichen. Für den Antrieb des Erregers kann eines der beiden Getriebe noch mit einem weiteren Ritzel für geringere Drehzahl versehen werden, in manchen Fällen wird aber der Erreger fortfallen können, wenn nämlich die Erregung des von den Vorstufen getriebenen Generators vom Erreger des Xormaldruckaggregates, mit dem der Vorstufengenerator elektrisch gekuppelt ist, - besorgt werden kann.

Abb. 4 gibt die Ausführung einer mit den Lagern verbundenen Stopfbuchse wieder. Es ist wieder α das Turbinenrad, b das Ritzel; c und d sind die Ritzellager. Bei q ist eine weitere Büchse angebracht, durch welche zur Kühlung der Welle Wasser eingeführt werden kann, r sind Wasser- und Ölabstreifringe. Die sämtlichen die Welle s mit kleinem Spiel umgebenden Teile sind nun in einem gemeinsamen Gußstück t gelagert, um die genaue Zentrierung dieser Teile zu gewährleisten.

Dieses Gußstück ist zweiteilig, in der Mittelebene an geeigneten Stellen durch Flansch und Bolzen verbunden und an der Eingriffsstelle des Ritzels mit einer Öffnung versehen. Das Gußstück selbst ruht in den Bohrungen 11 des Getriebegehäuses. Durch Entfernen des Getriebegehäusedeckels ν können also Lager c, d, Stopfbüchsen g und Läufer α der Turbine samt Ritzel b gemeinsam ausgebaut werden, ebenso sind Einbauberichtigungen wie sie das Ritzel zum Zweck eines richtigen Eingriffes in das Rad nötig macht, lediglich (Kirch Lageränderungen des Gußstückes t ermöglicht, ohne daß Nacharbeiten an Lager und Stopfbüchsen nötig sind. Die starre \*erbindung der Stopfbuchse g mit den Lagern c, d ermöglicht sehr kleines Spiel der Labyrinthe und damit eine Verminderung der Leckverluste auf das kleinstmögliche Maß. Der Leckdampf und Teile des Kühlwassers, welche sich im Räume h ansammeln, entweichen durch Öffnung«/, Kühlwasser allein durch Kanal x. Das Turbinengehäuse e ist gesondert gelagert und beispielsweise durch Kreuzführung (Keile) oder durch Zentrierung bei y in der Mittellage gehalten und dort selbst nach außen abgedichtet. Hier allenfalls durchgetretener Leckdampf kann durch die Bohrung s in den Raum h entweichen.

Claims (6)

1. Patent-An Sprüche:

   i. Gegendruckturbine für hohen Druck oder hohe Überhitzung oder beides, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine aus mehreren in mindestens zwei Gehäusen eingebauten und auf Ritzeln eines Getriebes fliegend angeordneten Rädern besteht, wobei die Ritzel symmetrisch zur Getriebemittelebene gelagert sind und das Getriebe den Haupttragkörper der Turbine bildet. '
2. 2. Gegendruckturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Getriebegehäuse getrennt angeordneten Turbinengehäuse durch Kreuzführungen (beispielsweise Nut und Keil) zur Wellenmitte zentriert werden.
3. 3. Gegendruckturbine nach Anspruch χ und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfdruck auf das wellenlose Ende der Turbinenläufer bei Verwendung \^ron Schraubenrädern zum vollkommenen oder fast vollkommenen Ausgleich des aus der Schrägstellung der Zähne sich ergebenden Achsialschubes verwendet wird.
4. 4. Gegendruckturbine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ende einer Generatorwelle mit einem Getrieberad versehen ist, um welches symmetrisch Turbinen nach Anspruch 1 angeordnet sind.
5. 5. Gegendruckturbine nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsialschübe aus den Dampfdrücken auf das wellenlose Ende des Turbinenläufers und aus den Zahndrücken der beiden Schraubenradgetriebe sich gegenseitig ausgleichen, und zwar nötigenfalls durch verschiedene Schrägstellung der Zähne beider Getriebe.
6. 6. Gegendruckturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfbüchsen (g und q) in einem gleichzeitig die Lager zentrierenden Gußstück (t und zi) befestigt sind.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.