DE648468C - Kreiselmaschine, insbesondere Dampf- oder Gasturbine - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
31. JULI 1937

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi 64$

KLASSE 14 c GRUPPE

S)r.-3ng. Dr. Ulrich Meimnghaus in Mülheim, Ruhr Kreiselmaschme, insbesondere Dampf- oder Gasturbine

Zusatz zum Patent 647

Patentiert im Deutschen Reiche vom 2. Juni 1932 ab Das Hauptpatent hat angefangen am 2. Juni 1932.

Durch das Patent 647473 ist-eine Schaufelanordnung für von einem Arbeitsmittel radial beaufschlagte Kreiselmaschinen, insbesondere Dampf- oder Gasturbinen, bekanntgeworden, 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 Uberdruckschaufeln auf eine größere Anzahl von nicht bis an die Fliehkraftgrenze beschaufelten Rädern verteilt ist. Hierbei ist es besonders wichtig, den Überhang der Kreiselmaschine klein zu halten, da er auf die Möglichkeit der Einhaltung der äußerst kleinen Dichtungsspiele von großem Einfluß ist. Selbst bei einer Zweilagerbauart, die sich bei frei fliegender Anordnung ergibt, lassen sich Schwingungen der Welle nicht völlig vermeiden. Die durch derartige Schwingungen der Welle erzeugten Ausschläge der Welle wachsen verhältnisgleich zur Entfernung von der Wellenmitte und erzeugen deshalb mit wachsendem Überhang eine größere Abnutzung der dichtenden Ringkanten und damit eine zunehmende Vergrößerung der Abdichtungsspiele, deren Einhaltung andererseits für die Erzielung hohen Wirkungsgrades von außerordentlicher Bedeutung ist. In Erkenntnis dieser Tatsache ist bereits der Vorschlag gemacht worden, die in bezug auf Einhaltung der Abdichtungsspiele empfindlichsten Teile in- nächster Nähe des Lagers anzuordnen. Bei Maschinen mit einer Druckausgleichsscheibe handelt es sich in erster Linie um diese, weiterhin um die Hochdruckstufen, in denen der Rauminhalt des Arbeitsmittels noch klein ist. Mit abnehmenden Druck, d. h. zunehmendem Rauminhalt, vermindert sich der schädliche Einfluß einer unter Umständen eintretenden Spaltvergrößerung mehr und mehr. Bei Maschinen, bei denen der Achsschub durch eine mit Labyrinthen versehene Druckausgleichsscheibe aufgenommen wird, hat sich deshalb eine Anordnung der Druckausgleichsscheibe in unmittelbarer Nähe des Lagers bewährt, wobei das Arbeitsmittel der Beschauflung in Richtung vom Lager fort zuströmt. Sind mehrere radial beaufschlagte Räder angeordnet, so befindet' sich hierbei die Beschauflung, in der das Arbeitsmittel bereits den größten Rauminhalt besitzt, am weitesten entfernt vom Lager.

Bei Kreiselmaschinen mit Arbeitsmittel großen Rauminhaltes, bei denen die letzten Stufen in axialer Beaufschlagung ausgeführt

werden müssen, erschien eine solche Ausführung bisher nicht möglich. Das die axial beaufschlagten Xiederdruckstufen tragende Rad ist nämlich so schwer, daß man dieses Rad zweckmäßig neben dem Lager anordnet, wenn . schädliche Durchbiegungen des Well en stumpfes vermieden werden sollen. Als Beispiel: für einen solchen Fall seien Dampfturbinen für Kondensationsbetrieb angeführt, ίο Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß auch bei Arbeitsmaschinen mit nachgeschalteten axial beaufschlagten Stufen eine entsprechend vorteilhafte Schaltung möglich ist. Gemäß der Erfindung schließt sich' an das zwischen Lager und radial beaufschlagten Rädern angeordnete, axial durchströmte Beschauflung tragende Laufrad eine Druckausgleichsscheibe mit in Richtung auf das Traglager gerichtetem Achsschub an, so daß sich die Ausgleichsscheibe zwischen axial und radial beaufschlagten Laufrädern befindet. Durch diese Anordnung ergibt sich der weitere Vorteil, daß sich die mit Rücksicht auf die zu fordernde Wärmebeweglichkeit dünmvandig ausgeführte, umlaufende Ausgleichsscheibe gegen das die Niederdruckbeschauflung tragende Laufrad anlegt, wobei der Achsschub von der Ausgleichsscheibe zweckmäßig auf das Laufrad übertragen wird. Eine besondere Abstützung der biegsamen Ausgleichsscheibe ist also entbehrlich, da das kräftige Laufrad den i\.chsschub ohne überbeanspruchung aufnehmen kann.

Da das am freien Wellenende die Hochdruckbeschauflung verlassende Arbeitsmittel infolge seines großen Rauminhaltes zweckmäßig als geschlossener Ring, die ganze Maschine umhüllend, der Niederdruckbeschauflung zugeführt wird, so werden besondere Maßnahmen erforderlich, um das eintretende Arbeitsmittel der Ausgleichsscheibe und Hochdruckbeschauflung durch diesen geschlossenen, vom Arbeitsmittel niederen Druckes erfüllten Ringraum hindurch der Hochdruckbeschauflung zuzuführen. In weiterer Ausbildung der Erfindung wird deshalb das Arbeitsmittel der Ausgleichsscheibe gemeinsam mit dem Hochdruckteil durch Rohre ■ zugeführt, welche, zweckmäßig elastisch, in einem Räume verlegt sind, der von dem der Nieder druckbeschauflung zuströmenden Arbeitsmittel bespült wird. Solche Rohre lassen sich leicht druckdicht in die Wandungen einsetzen. Da diese Rohre aber von einem heißeren Mittel durchströmt werden wie der Raum, durch den sie hindurchführen, so muß besondere Rücksicht darauf genommen werden, daß durch die stärkere Wärmeausdehnung der Rohre keine schädlichen Biegungskräfte auf das Gehäuse ausgeübt werden. Die Rohre werden deshalb vorteilhaft mit genügender Länge, z. B. spiralförmig, in eine Tasche des Raumes verlegt, durch den sie hindurchgeführt werden sollen. Eine solche Anordnung vermeidet mit Sicherheit, daß ^.erziehungen und Verbiegungen des Ge-"häuses oder der Wandungen infolge ungleicher Wärmeausdehnungen auftreten, wie es der Fall sein würde, wenn das Arbeitsmittel dem Hochdruckventil durch eingegossene Kanäle zugeführt würde.

Besteht eine Kreiselmaschine, welche gemäß der Erfindung aufgebaut ist, im Hochdruckteil aus mehreren axial hintereinander angeordneten, radial beaufschlagten Rädern, so nehmen die Durchmesser dieser Räder entsprechend dem anwachsenden Rauminhalt des Arbeitsmittels mit der Entfernung von der Ausgleichsscheibe zu. Der Hochdruckteil muß deshalb zweckmäßig von der der Ausgleichsscheibe zugekehrten Seite (Eintrittsseite) aus zusammengebaut werden können, in weiterem Ausbau der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, zwecks Erreichung ausreichender Zugänglichkeit der Druckausgleichsscheibe die Laufräder, welche die Hochdruckbeschauflung tragen, auf einer ge-, meinsamen Büchse anzuordnen, in welche die rohrförmig verlängerte Nabe des die Niederdruckbeschauflung tragenden Laufrades hineinragt. Die Hochdruckbeschauflung kann dann unbehindert für sich zusammengebaut werden, worauf das die Niederdruckstufen tragende Rad, an welchem zweckmäßig auch die Ausgleichsscheibe befestigt ist, mit der Nabe in die Hochdruckbeschauflung eingeschoben wird.

Soll vor die Hochdruck-Überdruck-Beschauflung eine Regelstufe (Gleichdruckstufe) zur Verbesserung des Teillastwirkungsgrades geschaltet werden, so reicht bei normaler Ausführung der zur Verfügung stehende Platz nicht aus. Der Platzbedarf für axial gerichtete Ein- und Ausströmung des Arbeitsmittels ist zu groß. Um die Anordnung gemaß der Erfindung zu ermöglichen, wird deshalb vorgeschlagen, daß bei Vorschaltung einer regelbaren Druckstufe vor die Hochdruckbeschauflung diese Druckstufe zwecks Raumgewinnung für die Anordnung der Ausgleichsscheibe zwischen Hoch- und Niederdruckrad als radial beaufschlagte Stufe vorgesehen ist. Hierbei steht außerhalb des Gleichdruckrades reichlich Raum für eine entsprechende Anordnung der Düsengruppen zur Verfügung, ohne daß die axiale Baulänge unzulässig vergrößert zu werden braucht. Die austretende Menge des Arbeitsmittels strömt einwärts unmittelbar den ersten radial beaufschlagten Hochdruckstufen zu. Für die An- iao Ordnung der Ausgleichsscheibe ist damit der erforderliche Raum gewonnen. Vorteilhaft

werden -innerhalb der Gleichdruckstufe einige von außen nach innen durchströmte Uberdruckstufen angeordnet.

Die Abbildung zeigt beispielsweise den Schnitt durch eine Dampfturbine, die eineAnordnung nach der Erfindung aufweist. Das Abdampfgehäuse ι weist eine Stirnwand 2 auf, gegen welche das Lagergehäuse 3 abgestützt ist, in dem sich das Lager 4 befindet.

Auf dem Wellenstumpf S einer angetriebenen Kreiselmaschine (nicht dargestellt) ist das die Niederdruckbeschauflung 6 tragende Laufrad 7 aufgeschoben. Das Laufrad 7 weist eine rohrförmig verlängerte Nabe 8 auf, über welche sich eine Büchse 9 schiebt, die ihrerseits die gesamte Hochdruckbeschauflung .trägt. Die feststehenden Niederdruckschaufeln werden durch den Ring 10, die ruhenden Hochdruckscheiben 11 durch den Ring 12 gehalten. Die Ringe 10 und 12 sind mit dem Ring 13 verschraubt. Wird der Deckel 14 durch die Haltevorrichtung 15 ersetzt und wird das Niederdruckrad 7 mittels der Stützen 16 unter Freilegung der Deckel 17 gegen den Ring 10. abgestützt, so kann nach Ablösen des Flansches 18 des Ringes 13 vom Gehäuse 1 und nach Lösen der Mutter 19 die Turbine als Ganzes von dem Weilenstumpf 5 ab- und aus dem Abdampfgehäuse 1 herausgezogen werden. Hierdurch ist eine ausreichende Zugänglichkeit zum Lager 4 gewahrt, obwohl auf jegliche axiale Teilfuge verzichtet wurde. Durch den Verzicht auf die axiale Teilfuge wird aber.erst die Ausführung der Anordnung nach vorliegender Erfindung ermöglicht, da sonst der Überhang zu groß würde.

Erfindungsgemäß befindet sich die umlaufende Scheibe 20, welche die Schubausgleichslabyrinthe trägt, unmittelbar neben dem Niederdruckrad 7, lehnt sich an dieses an und ist im Punkte 21 an ihm befestigt, vorzugsweise durch Einstemmen. Das Niederdruckrad 7 nimmt also den Schub auf, so daß die eigentliche Ausgleichsscheibe dünnwandig sein kann, was insbesondere im Hinblick auf die zur Einhaltung kleinster Dichtungsspiele erforderliche Wärmebeweglichkeit wichtig ist. Ähnlich legt sich die feststehende Scheibe, welche die ruhenden Teile der Schubausgleichslabyrinthe trägt, nämlich die Scheibe 22, an die kräftige Scheibe 23 an, die den Schub aufnimmt. So kann auch die Scheibe 22 ganz dünn und wärmebeweglich ausgeführt sein. Da sie nur im Punkte 24, vorzugsweise durch Walzen, an der Scheibe 23 befestigt ist, so kann sie sich frei ausdehnen. Auf die Ausgleichsscheiben folgt die radial beaufschlagte Regelstufe 25, welche durch Düsen 26 beaufschlagt wird. Diese Düsen sind an Düsenkammern 27 befestigt. Den Düsenkammern 27 wird der Frischdampf durch Rohrleitungen 28 zugeführt. Diese Rohre werden zweckmäßig auf einer Strecke des Umfanges spiralförmig verlegt, wie es durch die Schnitte 29 der benachbarten Rohre angedeutet ist. Durch eine solche Verlegung werden alle auftretenden Biegungsbeanspruchungen vom Gehäuse ferngehalten.

Innerhalb der Regelstufe 25 befinden sich einige von außen nach innen durchströmte Überdruckstufen 30. Dann folgen die weiteren radial durchströmten Schaufelgruppen, die auf den Rädern 31 angeordnet sind. Der aus der letzten Hochdruckschaufelreihe 32 austretende Dampf wird über den Ringraum 33 des Ringes 12 dem Ringraum 34 und von dort aus der Niederdruckbeschauflung zugeführt. Im Ringraum 34 findet eine vorteilhafte Zwischenüberhitzung des durch die starke Entspannung ins! Naßdampfgebiet vor-■gedrungenen Dampfes statt, und zwar an den nicht isolierten Frischdampfrohren 28. Diese Frischdampfrohre sind durch den Raum 34 hindurchgeführt. .

Das schwere Niederdruckrad 7 befindet sich also dem Lager am nächsten, so daß die auf den Wellenstumpf ausgeübten Biegungskräfte klein bleiben. Trotzdem ist die besonders empfindliche Labyrinthdichtung der Ausgleichsscheiben nahe am Lager angeordnet, und die Hochdruckstufen entfernen sich vom Lager erst mit wachsender Entspannung des Dampfes, d. h. mit wachsendem Rauminhalt des Dampfes, also abnehmendem Einfluß des Spaltverlustes.

Die Abbildung stellt nur ein Ausführungsbei spiel der Erfindung dar.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kreiselmaschinenach Patent 647473, insbesondere Dampf- oder Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß sich an das zwischen Lager und radial beaufschlagten Rädern angeordnete, axial durchströmte Beschauflung tragende Laufrad eine Druckausgleichsscheibe mit in Richtung auf das Lager gerichtetem Achsschub anschließt, so daß sich die Ausgleichsscheibe zwischen axial und radial beaufschlagten Laufrädern befindet.

2. Kreiselmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich di^ umlaufende Ausgleichsscheibe gegen das die Niederdruckbeschauflung tragende Laufrad anlegt, wobei der Achsschub von der Ausgleichsscheibe zweckmäßig auf das Laufrad übertragen wird.

3.. Kreiselmaschine nach einem der Ansprüche ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsscheibe gemeinsam mit dem Hochdruckteil das Arbeitsmittel

durch Rohre zugeführt wird, welche, zweckmäßig elastisch, in einem Räume verlegt sind, der von dem der Niederdruckbeschauflung zuströmenden Arbeitsmittel bespült wird.

4. Kreiselmaschine nach einem der Ansprüche ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erreichung ausreichender Zugänglichkeit der Druckausgleichsscheibe die Laufräder, welche die Hochdruckbeschauflung tragen, auf einer gemeinsamen Büchse angeordnet sind, in welche die rohrförmig verlängerte Nabe des die Niederdruckbeschauflung tragenden Laufrades zweckmäßig hineinragt. ,

5. Kreiselmaschine nach einem der Ansprüche ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorschaltung einer regelbaren Druckstufe vor die Hochdruckbeschauflung diese Druckstufe zwecks Raumge- ao winnung für die Anordnung der Ausgleichsscheibe zwischen Hoch- und Niederdruckrad als radial beaufschlagte Stufe vorgesehen ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen