DE648467C - Kreiselmaschine, insbesondere Dampf- oder Gasturbine - Google Patents

Description

Durch das Patent 647 473 ist eine Schaufel-• anordnung für von einem Arbeitsmittel radial beaufschlagte Kreiselmaschinen, insbesondere Dampf- oder Gasturbinen, vorgeschlagen worden, die es ermöglicht, bei frei fliegender Bauart die auftretenden Achsschübe in zulässigen Grenzen zu halten, indem auf der Welle einer anderen Kreiselmaschine eine gewählte Menge von radial durchströmten Überdruckschaufeln auf eine größere Anzahl von nicht bis an die Fliehkraftgrenze beanspruchten Rädern verteilt ist. Die angegebene Bauart stößt jedoch auf Schwierigkeiten, wenn Arbeitsmittel von großem Rauminhalt verarbeitet werden sollen, insbesondere bei der Ausbildung der Niederdruckbeschauflungen von Dampfturbinen. Es ist bekannt, die für die Verarbeitung von Arbeitsmittel großen Rauminhaltes erforderlichen Schaufellängen

dadurch herabzusetzen, daß Schaufelgruppen mehrfach angeordnet und in Nebeneinanderschaltung durchströmt werden, wobei radial beaufschlagten Schaufelgruppen zweckmäßig axial durchströmte Schaufelgruppen nachgeschaltet werden, da sich diese mit größeren Beaufschlagungsdurchmessern ausführen lassen.

In Nebeneinanderschaltung durchströmte Schaufelgruppen können bei radial beaufschlagten Schaufeln, die bekanntlich vorteilhaft an beiden Enden durch in sich geschlossene Tragringe abgestützt werden, bis zu bestimmten Grenzen durch Anreihung zusätzlicher Schaufelringe an die Kopfringe von bereits einseitig an Schaufelträgern abgestützten Schaufelringen aufgebaut werden. Diese Aneinanderreihung von Schaufelringen hat aber mit Rücksicht auf die Gefahr von Schwingungen und von Überbeanspruchungen z. B. durch die Summe der Drehmomente bald eine Grenze. Außerdem ist die Schaufellänge von axial durchströmten Schaufelgruppen, welche radial beaufschlagten Schaufelgruppen zweckmäßig nachgeschaltet sind,, auf diese Weise nicht zu vergrößern. Man ist also gezwungen, getrennte Schaufelträger nebeneinander anzuordnen und zwischen ihnen die für den Zu- und Abfluß des Treibmittels erforderlichen Querschnitte vorzusehen.

Eine solche,Anordnung läßt si'ch jedoch auf einem frei fliegenden Wellenende nicht vorteilhaft unterbringen, insbesondere nicht noch zusätzlich zu einer Mehrzahl von radial beaufschlagten Rädern, da diejenigen Schaufelgruppen, welche Arbeitsmittel von großem Rauminhalt verarbeiten müssen und demgemäß große Durchmesser, beträchtliche

S chaufel längen und entsprechend 'hohes Gewicht aufweisen, mit Rücksicht auf Durchbiegung und kritische Drehzahl des Wellenstummels in unmittelbarer Nähe des Lagers angeordnet werden müssen. Bei Nebenein- * anderschaltungvon derartigen Schaufelträger« auf ein und demselben Wellenende würde mindestens eine der Schaufelgruppen unzulässig weiten Abstand vom Lager aufweisen. ίο Hier setzt die vorliegende Erfindung ein. Sie besteht darin, daß axial durchströmte Beschauflung tragende Laufräder auf beiden Wellenstummeln einer andern Kreiselmaschine zwischen den Lagern und einer Mehrzahl von radial beaufschlagten Rädern angeordnet sind. Die Laufräder können vorteilhaft in an sich bekannter Weise in Nebeneinander schaltung beaufschlagt werden. Hierbei können den auf beiden Wellenenden verteilten, in Nebeneinanderschaltung axial beaufschlagten Schaufelgruppen in Nebeneinanderschaltung radial beaufschlagte Schaufelgruppen vorgeschaltet sein, welche sich ebenfalls zwischen Lagern und einer Mehrzahl von radial beaufschlagten Rädern befinden. Hierfür sind die oben be-, schriebenen Gesichtspunkte maßgebend. Es zeigt sich, daß die neue Anordnung nach der Erfindung für die besonders schweren und besonders große Zu- und Abflußquerschnitte erfordernden, axial beaufschlagten Stufen von hervorstechender Bedeutung ist, wobei die günstigsten Verhältnisse entstehen, wenn diesen aufgeteilten, parallel und axial beaufschlagten Stufen ebenfalls aufgeteilte, parallel und radial beaufschlagte Stufen vorgeschaltet werden.

Es sind zwar schon frei fliegende Anordnungen bekanntgeworden, bei denen axial durchströmte Beschauflung tragende Laufräder zwischen Lager und einem radial beaufschlagten Rad angeordnet sind oder bei denen sich einzelne mit Überdruckschaufeln versehene Räder auf beiden Wellenstummeln einer Kreiselmaschine befinden. LTm hoch- +5 wertige Maschinen zu erhalten, welche z. B. das bei Kondensationsdampfturbinen vorherrschende große Gefälle mit gutem Wirkungsgrad verarbeiten können, ist es wesentlich, daß die getroffene Anordnung es gestattet, neben der doppelflutigen Anordnung der Niederdruckräder nicht nur eine ausreichende Anzahl Schaufelreihen anzuordnen, sondern auch den Achsschub in zulässigen Grenzen zu halten. Nur die gleichzeitige An-Ordnung mehrerer radial beaufschlagter, nicht bis an die Fliehkraftgrenze beschaufelter Räder kann diese Aufgabe ohne die bei Verwendung gegenläufiger Wellen sich ergebenden Nachteile lösen.

Dementsprechend ist es auch bei den üblicherweise zu verarbeitenden Gesamtgefällen des die Kreiselmaschine beaufschlagenden Arbeitsmittels nicht vorteilhaft, beide Seiten völlig gleichartig auszubilden, d. h. sämtliche Schaufelgruppen aufzuteilen und in Nebenv'· einanderschaltung zu beaufschlagen. Nicht :_x nur werden hierdurch in denjenigen Schaufelgruppen, in denen das Arbeitsmittel hohen Druck und kleinen Rauminhalt besitzt, die Schaufellängen klein und die Spaltverluste groß, sondern es wird vor allen Dingen schwer, auf jeder Seite die gesamte, für eine günstige Verarbeitung des vollen Gefälles erforderliche Stufenzahl unterzubringen. Es ist also wichtig, den Doppelfluß, d. h. die Nebeneinanderschaltung von Schaufelgruppen, nur im Gebiete großem Rauminhaltes des Arbeitsmittels, also vorzugsweise im Gebiete niederen Druckes, im übrigen Teil der Beschauflung jedoch den Einfachfluß unter Anordnung möglichst vieler hintereinander geschalteter Stufen -anzuwenden. Der großen Wichtigkeit dieser Aufgabe gemäß bildet die Erfindung die Vorrichtung weiterhin derart aus, daß neben der einen Hälfte von parallel beaufschlagten Schatifelgruppen auf dem gleichen Wellenende mehrere vom in die Kreiselmaschine eintretenden Arbeitsmittel zuerst beaufschlagte Schaufelgruppen angeordnet sind und daß sich von dem aus letzteren Schaufelgruppen austretenden Arbeitsmittel anschließend durchströmte Schaufelgruppen neben der anderen Hälfte von in Nebeneinanderschaltung beaufschlagten Schaufelgruppeii auf dem anderen Wellenende befinden. Hierdurch tritt die bestmögliche Verteilung der Schaufelgruppen in bezug auf Durchbiegung und kritische Drehzahl der Wellenstummel ein, da nunmehr die schweren Schaufelgruppen, die Arbeitsmittel großen Rauminhaltes verarbei- ioo ten, in unmittelbarer Nähe der Lager angeordnet werden können, während sich die vorgeschalteten, leichten Stufen an den Wellenenden befinden, wo sie sich infolge ihres geringen Gewichtes in großer Zahl anordnen lassen.

L^Tm die auf diese Weise angeordneten Schaufelgruppen im Anfang der Leistungsumsetzung des Arbeitsmittels in großer Zahl hintereinanderschalten zu können und am Ende der Leistungsumsetzung in Nebeneinanderschaltung, wird in weiterer Ausbildung der Erfindung als Betriebsverfahren vorgeschlagen, daß das gesamte, in der Kreiselmaschine die volle Leistung umsetzende Arbeitsmittel nach teilweiser Leistungsumsetzung von einem Wellenende der angetriebenen Kreiselmaschina zum anderen Wellenende übergeleitet wird und daß ein Teil des Arbeitsmittels nach weiterer, aber noch nicht voll- iac endeter Leistungsumsetzung wieder zu dem erstgenannten Wellenende zurückströmt, wo-

bei die restliche Leistungsumsetzung des Arbeitsmittels an beiden Wellenenden erfolgt. Eine unter Umständen stattfindende Anzapfung ist hierbei vernachlässigt.
Die Abbildung zeigt als Beispiel eine nach den Vorschlägen der Erfindung ausgebildete Dampfturbine in aufrechtem Schnitt. In der Abbildung ist ι die angetriebene Kreiselmaschine (Stromerzeuger), deren Welle die bei-ο den Wellenstummel 2 und 3 aufweist. Diese Wellenstummel sind in den Lagern 4 und 5 gelagert. Auf jedem Wellenstummel ist gemäß dem Hauptpatent eine Mehrzahl von Rädern als Träger von axial hintereinandergeschalteten, radial beaufschlagten Schaufelgruppen angeordnet, z. B. auf dem Wellenstummel 2 die Schaufelgruppen 6, 7, 8 und 9 oder auf dem Wellenstummel 3 die Schaufelgruppen 10, 11 und 12. Dadurch, daß die Räder vorwiegend nicht bis an die Fliehkraftgrenze beschaufelt sind, wird der von den Schaufelgruppen ausgeübte Achsschub in zulässigen Grenzen gehalten.

In Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung tritt der Dampf bei 13 in den Hochdruckteil der Turbine ein und durchströmt nacheinander die Schaufelgruppen 6, 7 und 8. Bei 14 verläßt der gesamte, seine volle Leistung nicht abgebende Dampf den Hochdruckteil und strömt durch die Rohrleitung 15 zum am anderen Wellenende angeordneten Mitteldruckteil, in den er bei 16 eintritt. Vernachlässigt ist hierbei, daß durch das Labyrinth 17 eine geringe Dampf menge hindurchleckt oder daß aus der Rohrleitung 15 Anzapfdampf entnommen werden mag. Der Dampf beaufschlagt. im Mitteldruckteil zunächst nacheinander die Schaufelgruppen 10 und 11. Hinter der Schaufelgruppe 11 verläßt ein Teil des Dampfes bei 18 das Mitteldruckgehäuse und strömt über die Rohrleitung 19 bei 20 in das an das Hochdruckgehäuse angebaute Niederdruckgehäuse, wo die Schaufelgruppe 9 von ihm beaufschlagt wird. Der im Mitteldruckgehäuse verbleibende Dampf fließt der Schaufelgruppe 12 zu. Schaufelgruppen 9 und 12 werden also in Nebeneinanderschaltung beaufschlagt, ebenso die diesen. Gruppen nachgeschalteten, völlig gleichartig ausgebildeten, axial durchströmten Schaufelgruppen 21 und 22. Nachdem alle Leistung abgegeben ist, fließt der Dampf durch die beiden Abdampfstutzen 23 und 24 dem nicht gezeichneten Kondensator zu.

Es sind also erfindungsgemäß die Schaufelgruppen 9, 12, 21 und 22, welche in Nebeneinanderschaltung beaufschlagt werden, auf die beiden Wellenenden der Kreiselmaschine verteilt. Hierdurch ist es möglich geworden, die zu diesen Schaufelgruppen gehörigen schweren Räder in größter Nähe der Lager 4 und 5 anzuordnen, so daß die Wellenstummel nicht zu stark auf Biegung beansprucht werden und eine hohe kritische Drehzahl behalten. Man sieht sofort, daß es besonders wichtig ist, die letzten axial durchströmten S chaufel reihen gemäß der Erfindung zu verteilen und daß eine Nebeneinanderschaltung auf einem Wellenstummel baulich schlecht wäre. Man sieht aber auch, daß ähnliches noch bezüglich der den Schaufelgruppen 21 und 22 unmittelbar vorgeschalteten, radial durchströmten Schaufelgruppen 9 und 12 gilt.

Für die Erreichung eines guten Wirkungsgrades der Turbine .ist es wichtig, daß der Hoch- und Mitteldruckdampf eine möglichst große Zahl hintereinandergeschalteter Schaufelreihen durchströmt. Gemäß der Erfindung bleiben diese vielen Hoch- und Mitteldruckstufen auf die Wellenenden in Nachbarschaft der nebeneinander beaufschlagten Niederdruckstufen verteilt, z. B. sind die zuerst durchströmten Schaufelgruppen 6, 7 und 8 neben den Schaufelgruppen 9 und 21 angeordnet, die anschließend beaufschlagten Schaufelgruppen 10 und 11 neben den Schaufelgruppen 12 und 22. Die leichten Schaufelgruppen 6, 7, 8, 10 und 11 befinden sich hier- · bei außerhalb der schweren Schaufelgruppen 9,21, 12 und 22, wodurch die gewünschte gute Gewichtsverteilung eintritt, die erst die Anordnung der Mehrzahl von nicht bis an die Fliehkraftgrenze beschaufelten Rädern als Träger von axial hintereinandergeschalteten, radial beaufschlagten Schaufelgruppen bei Turbinen für Treibmittel mit großem Rauminhalt gemäß dem Hauptpatent vorzunehmen · gestattet.

Die Abbildung gibt nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kreiselmaschine nach Patent 647 473, insbesondere Dampf- oder Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß axial durchströmte Beschauflung tragende Laufräder auf beiden Wellenstummeln einer anderen Kreiselmaschine zwischen den Lagern und einer Mehrzahl von radial beaufschlagten no Rädern angeordnet sind.

2. Kreiselmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf beiden Wellenstummeln neben mehreren radial beaufschlagten Rädern angeordneten, axial durchströmten Beschauflungen in an sich bekannter Weise parallel beaufschlagt sind.

3. Kreiselmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den parallel in axialer Richtung beaufschlagten Beschauflungen parallel in radialer Richtung

beaufschlagte Räder vorgeschaltet sind, welche sich ebenfalls zwischen Lagern und einer Mehrzahl von radial beaufschlagten Rädern befinden.

4. Kreiselmaschine nach einem der Ansprüche ι bis 3, dadurch -gekennzeichnet, daß neben der einen Hälfte von parallel beaufschlagten Schaufelgruppen auf dem gleichen Wellenende mehrere vom in die Kreiselmaschine eintretenden Arbeitsmittel zuerst beaufschlagte, nicht bis an die Fliehkraftgrenze beschaufelte Räder angeordnet sind, während sich von dem aus letzteren Schaufelgruppen austretenden Arbeitsmittel anschließend durchströmte Schaufelgruppen neben der anderen Hälfte von parallel beaufschlagten Schaufelgruppen auf dem anderen Wellenende befinden.

5. Verfahren zum Betriebe der Kreiselmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte, in der Kreiselmaschine seine Leistung umsetzende Arbeitsmittel nach teilweiser Leistungsumsetzung in nicht bis an die Fliehkraft- as grenze beschaufelten Hochdruckrädern durch Rohrleitung um die andere Kreiselmaschine herum von einem Wellenende der Kreiselmaschine zum anderen Wellenende übergeleitet wird, worauf ein Teil des Arbeitsmittels nach weiterer, aber noch nicht vollendeter Leistungsumsetzung in Mitteldruckrädern durch eine zweite Rohrleitung um die andere Kreiselmaschine herum wieder zu dem erstgenannten Wellenende zurückströmt, wobei die restliche Leistungsumsetzung des Arbeitsmittels an beiden Wellenenden erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen