-
Radial beaufschlagte Dampfturbine Radial beaufschlagte Dampfturbinen
sind bekannt, bei welchen zwei in entgegengesetzten Richtungen sich drehende Wellen
je ein aus mehreren Teilen bestehendes Turbinenrad tragen, wobei die Turbinenräder
ihrerseits mittels gelenkiger Verbindungen zwischen einander eingreifende Schaufelkränze
tragen. Diese Turbinen sind für verschieden große Leistungen gebaut. Eine für eine
bestimmte Höchstleistung gebaute Turbine kann auch für geringere Leistungen verwendet
werden, wenn Anordnungen für Drosselung des Dampfes vorgesehen sind.
-
Es ist ebenfalls vorgeschlagen, bei derartigen Turbinen Dampfzuführungen
an einer der mittleren Beschaufelungen vorzunehmen, wodurch die Leistung der Turbine
erhöht werden kann. Diese Art von Turbinen arbeiten mit gutem Wirkungsgrad, jedoch
hat bisher dieser hohe Wirkungsgrad nur bei der Leistung, für welche die Turbine
berechnet ist, erzielt werden können. Ein bedeutend niedrigerer Wirkungsgrad ergibt
sich indessen, wenn für geringere Belastung der Turbine der Anlaßdampf gedrosselt
wird. Der Wirkungsgrad wird auch bei Überbelastung geringer, wenn beispielsweise
Zusatzdampf an einer mittleren Beschaufelung zugeführt wird. Eine Turbine dieser
Art ist nicht für solche Anlagen geeignet, bei welchen größere Belastungsschwankungen
vorkommen, entsprechend denen die Turbine geregelt werden soll.
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf derartige Turbinen und
sieht Anordnungen vor zum Zwecke, einen gleich guten, hohen Wirkungsgrad über einen
großen Bereich von Belastungsschwankungen zu erzielen.
-
Die Erfindung besteht darin, daß bei radial beaufschlagten Dampfturbinen
für verschiedene Belastungen auf beiden Seiten einer durch die Turbine senkrecht
zur Turbinenachse verlegten Mittelebene Dampfanlaßleitungen für verschiedene Turbinenbelastungen
vorgesehen sind, wobei die beiden radial innersten Dampfverteilungskammern zu räumlich
getrennten Stellen der Beschaufelung führen und durch in den zu den Verteilungskammern
führenden Anlaßleitungen angeordnete Absperrorgane voneinander getrennt sind.
-
Weitere die Erfindung kennzeichnende Merkmale werden an Hand beigefügter
Zeichnungen nachstehend näher erläutert.
-
Es zeigt Abb. z die Hälfte einer radial beaufschlagten Turbine im
Schnitt, Abb. 2 eine abgeänderte Ausführungsform, Abb. 3 eine dritte Ausführungsform,
Abb. q. einen Schnitt nach der Linie A-A in Abb. 3.
-
In Abb. x bezeichnet r die Drehachse der Turbine, 2 und 3 in entgegengesetzten
Richtungen sich drehende Turbinenwellen, welche in bekannter Weise, z. B. mit Wellen
der angetriebenen Maschinen, verbunden sind oder dieselben darstellen und bei q.
und 5 gelagert sind. Diese Wellen tragen mittels gelenkiger Verbindungen oder Bolzen
aus mehreren Teilen zusammengefügte Turbinenräder 6 und 7, welche
je
eine Anzahl Schaufeln tragen, die in bekannter Weise zwischeneinander eingreifen
und eine radial beaufschlagte Beschaufelung 8 bilden.
-
Die Turbine ist ferner mit an jeder der beiden Turbinenräder 6und7
angeordneten, axial beaufschlagten Beschaufelungen g und io versehen. Die Beschaufelung
der Turbine ist von dem Auslaß ii umgeben, welcher nach außen hin durch das Turbinengehäuse
12 begrenzt ist, in welchem die beweglichen Teile gelagert und die übrigen Teile
fest angebracht sind. Zwischen den Turbinenrädern 6 und 7 und den stillstehenden
Teilen sind Labyrinthdichtungen 13 und 14 vorgesehen, wodurch Dampf verhindert wird,
vom Innern der Turbine zum Auslaß ii auszulecken. Der durch den Dampf in den Labyrinthdichtungen
z3 und 14 entstehende Axialdruck wirkt ganz oder teilweise dem axialen Druck, der
in der radial beaufschlagten Beschaufelung auftritt, entgegen. Um die Wellen 2 und
3 sind auch noch Stopfbüchsen 15 und 16 angebracht, welche ebenso wie die Labyrinthdichtungen
in an sich bekannter oder irgendeiner anderen beliebigen Art äusgeführt sind.
-
Eine Dampfanlaßleitung 17 ist auf der einen Seite einer durch die
Turbine senkrecht zur Drehachse gedachten Mittelebene B-B .angebracht und verbindet
eine Dampfeintrittskammer 18 mit dem radial innerhalb des innersten Schaufelkranzes
der radial beaufschlagten Beschaufelung befindlichen Raum ig. Die Anlaßleitung besteht
aus einer Anzahl nebeneinander verlegter, durch das Turbinenrad 6 hindurchgehender
Bohrungen oder Kanäle. Die Dampfeintrittskammer 18 steht mittels eines Anlaßrohres
mit der Dampfregelungs- oder Anlaßvorrichtung der Turbine in Verbindung. Wenn die
Turbine eine bestimmte Leistung abgeben soll, z. B. 25 000 KW, wird der Dampf
zur Dampfeintrittskammer angelassen, wobei der Dampf unter Abgabe von Energie unter
Entspannung und Wärmegefälle vom Raum ig sowohl durch die radial beaufschlagte Beschaufelung
als auch die axial beaufschlagten Beschaufelungen zum Auslaß ii strömt.
-
Auf der anderen Seite der gedachten Mittelebene B-B ist eine von der
Dampfeintrittskammer 18 getrennte Dampfeintrittskammer 2o angebracht, welche durch
Löcher' oder Kanäle 21 mit einer Stelle oder einem Raum 22 in Verbindung steht,
welcher auf größerem Radius oder Abstand von der Drehachse der Turbine gelegen ist
als der Raum ig. Wird Dampf zur Dampfeintrittskammer 2o angelassen, so wird der
Turbine somit Dampf zugeführt, welcher vom Raum 22 unter Wärmegefälle und entsprechend
den im Auslaß ii herrschenden Verhältnissen unter Entspannung zum Auslaß ix strömt.
Wenn nun die gleiche Dampfmenge, wie sie zur Abgabe einer bestimmten Arbeit durch
die Dampfanlaßleitung 17 erforderlich wäre, durch die Dampfanlaßleitung 2i zugeführt
ist, so wird bei Durchströmung des radial außerhalb des Raumes 22 befindlichen Teils
der Schaufelung ein größeres Drehmoment entstehen, weil ja der Dampf seine Energie
auf die Schaufeln auf einem größeren mittleren Radius abgibt. Da ferner die Dampfleitung
durch die Schaufelung radial außerhalb des Raumes 22 größer ist als im Teil der
Schaufelung zwischen dem Raum ig und dem Raum 22, so kann auch der Turbine im Raum
22 eine größere Dampfmenge als im Raum ig zugeführt werden, und hierdurch wird es
ebenfalls ermöglicht, der Turbine größere Energie zu entnehmen. Bei Dampfanlaß durch
die Anlaßleitung oder die Kanäle 21 kann somit die Turbine beispielsweise eine Leistung
von 32 000 KW an Stelle der vorher genannten 25 ooo KW abgeben.
-
Wenn der Dampfanlaß für die Zuführung. durch die Leitung 21 offen
ist, so kann der Dampfanlaß durch die Leitung 17 geschlossen sein. Es kann jedoch
auch die Anordnung getroffen werden, daß diese Leitung 17 ganz oder teilweise offen
ist, wobei jedoch der Dampf, der durch die Leitung 21 zum Raum 22 strömt, gedrosselt
werden muß, so daß er bei Eintritt in den Raum 22 etwas niedrigeren Druck hat als
der zum Raum ig zugeführte, damit der durch die zwischen Raum ig und Raum 22 befindliche
Schaufelung strömende Dampf ebenfalls unter Entspannung und Wärmegefälle arbeiten
kann, welches jedoch geringer sein kann, als wenn Dampf ausschließlich durch die
Leitung 17 angelassen würde.
-
Die Turbine ist des weiteren mit einer in Form von Löchern oder Kanälen
ausgeführten Anlaßleitung 23 versehen, die die Beschaufelung der Turbine an einer
Stelle oder einem Raum 2q., der auf einem größeren Radius als der Raum 22 gelegen
ist, mit der Dampfeintrittskammer 25 verbindet, welche durch ein anderes Anlaßrohr
mit dem Regelungsorgan in Verbindung steht.
-
In gleicher Weise, wie es bei der Dampfanlaßleitung 21 beschrieben
wurde, erzeugt der Dampf, der von der Dampfeintrittskammer 25 durch die Dampfanlaßleitung
23 dem Raum 24 und damit den radial außerhalb dieses Raumes 24 gelegenen Teilen
der Schaufelung zugeführt wird, höhere Leistung, und zwar wird diese von den vorher
erwähnten 32 ooo KW auf 40 oooKW erhöht. Wenn der Dampf durch die Kanäle 23 angelassen
wird, kann die Dampfanlaßleitung durch die Kanäle 17 und 2i gesperrt werden. Es
können jedoch auch Vorkehrungen in der Weise getroffen werden, daß der zum Raum
24 strömende Dampf auf niedrigeren Druck gedrosselt wird, so daß Dampf, der in diesem
Falle
durch die Kanäle 17 und 21 angelassen wird, unter geringerer
Entspannung und geringerem Wärmegefälle als gewöhnlich zum Raum 24 strömen kann,
um danach zusammen mit dem zugeführten Dampf Energie für die Beschaufelung der Turbine
abzugeben.
-
Durch noch eine andere Leitung 27 kann ferner eine Dampfmenge der
Beschaufelung an einer Stelle oder in einem Raum 26 zugeführt werden, der auf größerem
Radius als die vorher erwähnte Dampfanlaßleitungen gelegen ist. Diese DampfanlaßleitUng
27 ist ebenfalls in Form von nebeneinandergelegenen Löchern oder Kanälen in dem
Turbinenrad 7 ausgeführt und steht mit einer Dampfeintrittskammer 28 in Verbindung,
die ebenfalls durch ein auf der Zeichnung auch hier nicht dargestelltes Anlaßrohr
mit einer Dampfregelungsv orrichtung inVerbindung steht, in gleicher Weise, wie
es bei den obenerwähnten Dampfanlaßkanälen 21 und 23 angegeben ist. Durch die Leitung
27 kann der Turbine auf größerem Radius als durch die vorher beschriebenen Dampfanlaßkanäle
Dampf zugeführt werden. In diesem Falle können auch alle oder ein Teil der auf radial
kleinerem Radius gelegenen Dampfanlaßkanäle ganz oder teilweise geschlossen werden,
wobei auch der Dampf durch den Kanal 27 gedrosselt werden kann, so daß er
einen dem Raum 26 angepaßten Druck erhält. Durch Zuführung von Dampf durch die Anlaßleitung
27 kann die Leistung der Turbine auf 50 ooo KW erhöht werden.
-
Die Dampfeintrittskammer 28 und die Anlaßleitung 27 können, wenn die
Turbine für niedrigere Leistung als 50 ooo KW arbeitet und somit kein Dampf durch
den Kanal 27
angelassen wird, auch zur Anzapfung von Dampf vom Raum 26 der
radial beaufschlagten Beschaufelung verwendet werden. Solcher Anzapfdampf kann zur
Speisewasservorwärmung verwendet werden und wird in der hier beschriebenen Ausführungsform
zu dem, in der Strömungsrichtung des Speisewassers gerechnet, nächst dem Dampferzeuger
gelegenen Speisewasservorwärmer zugeführt. Das zu einem solchen Vorwärmer strömende
Speisewasser ist vorher durch Dampf vorgewärmt, der durch Anzapfung von derselben
Turbine, jedoch auf größerem Radius vom Turbinenmittelpunkt entfernt als die Zufuhr-
oder Anzapfstellen 26, erhalten wird.
-
Durch den Kanal 29 in dem Turbinenrad 7 wird Dampf zur Anzapfkammer
3o angezapft, von welcher Dampf durch das Auslaßrohr 31 einem Speisewasservorwärmer
zugeführt wird, der unmittelbar vor dem vorher erwähnten Vorwärmer gelegen ist.
Außerdem kann durch den Kanal 32 in dem Turbinenrad 6 weiterer Dampf zu einer Anzapfkammer
33 angezapft werden und von da durch ein Auslaßrohr 24 zu einem Speisewasservorwärmer,
welcher, in der Strömungsrichtung des Speisewassers gerechnet, vor dem Vorwärmer
gelegen ist, der mit dem Auslaßrohr 31 in Verbindung steht. Diese Anzapfkanäle 29
und 32 können als Anlaßleitungen oder Dampfanlaßleitungen ebenfalls ausgebildet
oder als solche verwendet werden, wenn dieselbe Turbine für noch höhere Leistung
arbeiten soll.
-
Zwischen der radial beaufschlagten Beschaufelung 8 und den axial beaufschlagten
Beschaufelungen 9 und fo kann durch die Kanäle 35 und 36 weiterer Dampf angezapft
werden, z. B. zwecks Zuführung zu einem mit der Turbine zusammengebauten Speisewasservorwärmer
37, der somit die erste Stufe zu den hier beschriebenen Speisewasservorwärmern bildet.
-
In dieser Ausführungsform ist somit gezeigt, daß die Turbine mit vier,
auf beiden Seiten einer Mittelebene B-B angebrachten Dampfanlaßleitungen 17, 23,
21 und 27 versehen ist, durch welche der Turbine Dampf für vier verschiedene Belastungen
zugeführt werden kann. Dadurch, daß außerdem die Dampfanlaßleitungen geregelt werden
können, kann jede beliebige Leistung zwischen den angegebenen erzielt werden. Außer
diesen Dampfanlaßleitungen ist die Turbine mit vier Anzapfmöglichkeiten versehen,
gelegen auf beiden Seiten der gedachten Mittelebene B-B. Von diesen Anzapfleitungen
27, 29, 32, 35 und 36 kann die Anzapfleitung 27 auch als Zufuhr-und Anlaßleitung
dienen. Die Anzapfleitungen 35 und 36 führen Dampf von demselben Druck und Wärmegefälle
zu derselben Speisewasservorwärmeranlage,wodurch insgesamt vier Anzapfmöglichkeiten
vorhanden sind, die als eine vierstufige Speisewasservorwärmervorrichtung ausgenutzt
werden können.
-
In Abb.2 sind dieselben Bezugszeichen wie bei Abb. i verwendet worden,
wobei jedoch nur die radial beaufschlagte Beschaufelung der Turbine dargestellt
ist.
-
Von einer Dampfeintrittskammer 40, die mittels eines auf der Zeichnung
nicht dargestellten Anlaßrohres mit dem Regelungsorgan der Turbine in Verbindung
steht, wird der Dampf durch eine Anlaßleitung 41 zu einem Raum 42 radial vor dem
ersten Schaufelkranz 43 der radial beaufschlagten Beschaufelung geleitet. Die Anlaßleitung
41 ist in Form von Löchern oder Kanälen durch das auf der Welle 3 angebrachte Turbinenrad
ausgeführt. Die radial beaufschlagte Beschaufelung ist in einem inneren .Teil zwischen
dem Raum 42 und 44 in der Weise doppelt ausgeführt, daß jeder Schaufelkranz
zwei axial nebeneinandergelegene Schaufeln enthält. Durch den einen der beiden in
dieser Weise gebildeten Dampfkanäle durch die innere Beschaufelung zwischen 42 und
44 strömt der Dampf, der dem Raum 42 durch die Anlaßleitung 41 zugeführt wird. Hinter
dem
Raum 44 ist die radial beaufschlagte Beschaufelung einfach ausgeführt,
weshalb der Dampf, der zuerst die innere radial beaufschlagteBeschaufelung durchströmt,
denDampfkanal durch die äußere radial beaufschlagte Beschaufelung ausfüllt. Wenn
die Turbine ausschließlich mit Dampf, der durch die Anlaßleitung 41 strömt, betrieben
wird, gibt die Turbine gemäß der beschriebenen Ausführungsform eine Leistung von
etwa 25 ooo KW ab. In dem Raum 42 auf der anderen Seite einer Wand oder einer Leitschiene
45 wird durch eine Anlaßleitung 46, die als Löcher oder Kanäle durch das Turbinenrad
6 ausgeformt ist, Dampf von der Dampfeintrittskammer 47 zugeführt, die ihrerseits
durch ein auf der Zeichnung nicht dargestelltes Anlaßrohr mit einem zur Turbine
gehörenden Regelungsorgan in Verbindung steht.
-
Der durch die Anlaßleitung 46 zugeführte Dampf strömt durch den zweiten
Dampfkanal durch die innere radial beaufschlagte Beschaufelung zum Raum 44, wobei
er den Dampfkanal der äußeren Beschaufelung ganz ausfüllt. Wird durch die Anlaßleitung
41 kein Dampf zugeführt und ist der Dampfanlaß für Anlaß von Dampf durch die Leitung
46 offen, so wird die Leistung der Turbine etwa von 25 ooo KW auf etwa 32 ooo KW
erhöht. Sind beide Anlaßleitungen 46 und 41 für Dampf offen, welcher dann durch
die beiden Dampfkanäle in die innere radial beaufschlagte Beschaufelung strömt,
so gibt die Turbine eine noch höhere Leistung ab, und zwar etwa 4o ooo KW.
-
Dadurch, daß der Turbine weiterer Dampf von den Dampfeintrittskammern
48 und 49 durch die Dampfanlaßleitungen 50 und 51 zum Raum 44 zugeführt wird,
wird die Leistung in der im Zusammenhang mit Abb. i beschriebenen Weise erhöht,
und zwar auf etwa 5o ooo KW. Wenn die Anlaßleitungen 5o und 51 für Anlaß von Dampf
offen sind, können die Leitungen 41 und 46 geschlossen sein, wobei jedoch Ausführungsformen
vorkommen können, bei denen alle vier Leitungen offen sind und entsprechend dem
oben Gesagten Drosselungen vorgenommen werden.
-
In vorher beschriebener Weise können auch die Leitungen
50 und 51 und damit die Kammern 48 und 49 für Dampfanzapfung verwendet werden.
Außer dieser Anzapfmöglichkeit ist in ähnlicher Weise wie gemäß Abb. i ein Anzapfkanal
29 und eine Kammer 30 vorgesehen, durch welche Anzapfung von einer Stelle
im äußeren Teil der radial beaufschlagten Beschaufelung vorgenommen werden kann.
In gleicher Weise kann durch einen Kanal 32 und eine Kammer 33 noch eine
Anzapfmöglichkeit geschaffen werden, wodurch also zusammen mit den vorher erwähnten
Anzapfstellen unmittelbar vor der axial beaufschlagten Beschaufelung vier Anzapfmöglichkeiten
vorhanden sind. Auch diese Turbine hat also außer diesen vier Anzapfmöglichkeiten
Dampfanlaßleitungen für vier bestimmte Leistungen, zwischen welchen mittels Regelung
der zugeführten Dampfmenge jede beliebige Leistung erzielt werden kann.
-
In Abb. 3, die in gleicher Weise wie Abb. 2 einen Schnitt durch einen
Teil der Turbine darstellt, sind dieselben Bezugszeichen wie für die entsprechenden
Teile in Abb. 2 verwendet worden.
-
In Abb. 3 wird nur durch die Dampfanlaßleitung 41 Dampf angelassen,
wenn die niedrigste Leistung abgegeben werden soll. Der Raum 42 ist in diesem Falle
jedoch nicht längs des ganzen Umkreises der Turbine geschlossen, sondern besteht,
wie aus Abb.4 hervorgeht, nur aus längs des Umkreises gleichmäßig verteilten schaufelförmigen
Kanälen oder Mundstücken für Dampf. Die Dampfanlassung zur Schaufelung geschieht
somit in diesem Falle nur teilweise, zum Unterschied zu den in den Abb. i und 2
dargestellten Vorrichtungen, bei denen die gesamte Dampfzufuhr aus sogenanntem Vollanlaß
bestand. Wenn einige Turbinenschaufeln mit diesen Kanälen oder Mundstücken 42 in
Verbindung stehen, so stehen die übrigen Schaufeln mit dem Raum 42 a und damit durch
die Anlaßleitung 46 mit der Dampfeintrittskammer 47 in Verbindung. je nachdem die
Mundstücke 42 die Verbindung zu einer geringeren Anzahl Turbinenschaufeln zu den
Kanälen 41 als zu den Kanälen 46 abdecken, gibt die Turbine, wenn Dampf nur durch
die Anlaßleitung 46 zugeführt wird, eine größere Leistung ab, z. B. 32 ooo KW, als
wenn Dampf nur durch die Anlaßleitung 41 zugeführt wird, z. B. 25 ooo KW. Die radial
innere Schaufelung vor dem Raum 44 ist in dieser Ausführungsform einfach ausgeführt,
d. h. mit nur einem gemeinsamen Dampfkanal für beide Anlaßleitungen 41 und 46 versehen.
Wird Dampf durch die Anlaßleitungen 46 und 41 zugeführt, so wird die Leistung der
Turbine auf z. B. 32 ooo KW erhöht. Wird Dampf auch noch, ähnlich wie bei Abb.2,
durch die Anlaßleitungen 5o und 5= zugeführt, so wird die Leistung auf etwa 50 ooo
KW erhöht. Im übrigen sind auch ähnliche Anzapfkanäle 29 und 32 vorhanden, wie sie
in Abb. 2 dargestellt sind. Auch in diesem Fall hat also die Turbine Anlaßleitungen
41, 51, 46 und 5o auf beiden Seiten. einer gedachten Mittelebene, durch welche Leitungen
Dampf in verschiedener Weise, je nachdem welche Leistung die Turbine abgeben soll,
angelassen werden kann. Mit den Kanälen 50 und 51, 29 und 32 sowie den Anzapfmöglichkeiten,
die unmittelbar vor der axial beaufschlagten Beschaufelung bestehen, hat die Turbine
ebenfalls wiederum vier Anzapfmöglichkeiten.
-
Mittels in der Abbildung nicht gezeichneten Anordnungen können die
Dampfanlaßleitungen
oder die Löcher und Kanäle, aus welchen die
Leitungen bestehen, z. B. durch Schiebervorrichtungen innerhalb der Turbine geschlossen
werden, doch werden die zugehörigen Leitungen zweckmäßig mit außerhalb derTurbine
gelegenen Regelungsvorrichtungen für denselben Zweck versehen.
-
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Einzelausführungen der
Turbine beschränkt, sondern es lassen sich Ausführungsformen bei Turbinen mit anderen
Turbinenrädern, Schaufelungen, Stopfbüchsen und Labyrinthdichtungen als die hier
beschriebenen denken.
-
Die Erfindung ist auch nicht von der Ausführungsform der Anlaßleitungen
abhängig, die nach der Erfindung zusammen mit der Schaufelung angeordnet sind.
-
Zweckmäßig werden die verschiedenen in den Zeichnungen dargestellten
Einzelheiten nach Ausführungsformen zur Erreichung des besten Wirkungsgrades ausgeführt.
So werden z. B. die verschiedenen Dampfeintritts- oder Anzapfkammern in zur Leitung
des Dampfes unter geringsten Verlusten zweckmäßigsten Formen ausgeführt.
-
Nach der Erfindung können somit Turbinen mit gleich gutem, hohem Wirkungsgrad
bei normaler Belastung als auch von dieser erheblich abweichender Belastung gebaut
werden. In früheren Ausführungsformen ist der Wirkungsgrad der Turbine - berechnet
nach der Energie, die der Dampf vor dem Regelungsorgan hat -nur bei Normalbelastung
hoch gewesen und wurde geringer, wenn die Turbine überbelastet wurde, und schlecht,
wenn die abgegebene Leistung bedeutend niedriger war.
-
Eine Turbine der hier beschriebenen Bauart kann für zwei, drei, vier
oder mehrere verschiedene Leistungen berechnet werden, bei denen die Turbine annähernd
denselben Wirkungsgrad behält. Daher ist eine solche Turbine für Anlagen, bei denen
große Belastungsschwankungen vorkommen, besonders geeignet.
-
Es lassen sich mehrere Abweichungen der Erfindung als die hier beschriebenen
denken, und die Erfindung ist daher nicht von der Anzahl der Anlaß- oder Anzapfkanäle,
die zum Innern der Schaufelung führen, abhängig.