DE656691C

DE656691C - Turbine gear system for strongly changing performances and speeds

Info

Publication number: DE656691C
Application number: DEB170891D
Authority: DE
Inventors: Johann Baasch
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1935-08-30
Filing date: 1935-08-30
Publication date: 1938-02-16

Description

Der Wirkungsgrad einer Turbinenanlage nimmt bekanntlich bei Verkleinerung der Drehzahl stark ab, weshalb es schwierig ist, Turbinenanlagen mit stark wechselnder Leistung oder Drehzahlen, z. B. Schiffsturbinenanlagen, in weiten Leistungs- und Drehzahlenbereichen wirtschaftlich zu betreiben. In einem Sonderfall, nämlich bei Ausfall einer von mehreren Turbinen, also bei notwendig werdender Leistungssteigerung der betriebsfähig gebliebenen Turbinen, ist es vorgeschlagen worden, diesen letzteren unmittelbar Frischdampf auf ein Gleichdruckrad zuzuführen. Es ist dann wohl möglich, die betriebsfähigen Turbinen mit voller Geschwindigkeit weiterlaufen zu lassen, auch eine größere Leistung zu entwickeln, aber der Wirkungsgrad wird in einem solchen Falle wesentlich herabgesetzt. Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, eine Hintereinander- oder Parallelschaltung der gleichen Stufen einer Turbine oder mehrerer Turbinen vorzusehen und mit zunehmender Leistung die anfänglich in Hintereinanderschaltung arbeitenden Stufen mehr und mehr parallel zu schalten. Auch bei derartigen Anlagen läßt sich die Aufrechterhaltung eines hohen Wirkungsgrades nicht durchführen, zumal schon die Reibungs- und Pumpverluste bei der Teilbeaufschlagung von einer Anzahl von Gleichdruckstufen größer werden.It is well known that the efficiency of a turbine system decreases when the Speed drops sharply, which is why it is difficult to use turbine systems with strongly changing power or speeds, e.g. B. ship turbine systems, in wide power and speed ranges to operate economically. In a special case, namely when one of several turbines fails, i.e. when necessary It is proposed to increase the output of the turbines that have remained operational been to supply these latter directly live steam to a constant pressure wheel. It is then probably possible to have the operational turbines at full speed to continue running, also to develop a greater power, but the efficiency will in such a case substantially reduced. It has also been suggested that a series or to provide parallel connection of the same stages of a turbine or several turbines and as the power increases, those initially working in series To connect more and more stages in parallel. A high degree of efficiency can also be maintained in systems of this type do not carry out, especially since the friction and pumping losses during partial admission become larger by a number of equal pressure levels.

Man hat für Schiffsturbinenanlagen für Fahrten mit kleinen Schiffsgeschwindigkeiten vorgeschlagen, zusätzliche Turbinen (Marschturbinen) vorzusehen. Bei einer solchen An-Ordnung wird in der Regel noch ein weiteres Getriebe mit einer Übersetzung ins Schnelle zwischengeschaltet, damit die vorgeschaltete Turbine bei den kleinen Schiffsgeschwindigkeiten mit einer hohen Drehzahl und daher mit bestem Wirkungsgrad arbeiten kann. Bei größeren Leistungen und hohen Drehzahlen muß dann aber die Marschturbine abgekuppelt werden; will man dies vermeiden und die Marschturbine bei den höheren Drehzahlen im Vakuum leer mitlaufen lassen, so muß unter Berücksichtigung der nicht zu überschreitenden zulässigen Festigkeitswerte von vornherein eine Einbuße an Wirkungs- · grad in Kauf genommen werden.One has for ship turbine systems for trips with small ship speeds proposed to provide additional turbines (marching turbines). With such an arrangement an additional gear with a high speed ratio is usually interposed so that the upstream one Turbine at the small ship speeds with a high speed and therefore can work with the best possible efficiency. With greater power and high speeds but then the marching turbine must be uncoupled; if you want to avoid this and the marching turbine at the higher speeds Allow to run empty in the vacuum, so must, taking into account the permissible strength values that are not to be exceeded from the outset a loss of efficiency must be accepted.

Bisher wurden vorgeschaltete Marschturbinen, deren Leistung nicht benötigt wurde, dampfseitig abgeschaltet. Dies hat besondere Nachteile zur Folge, namentlich beim Übergang von der Marsch- auf die Hauptschaltung oder umgekehrt. Im ersteren Falle müssen die Zudampfventile zu der Marschturbine geöffnet werden, es erfordert dies eine doppelte Anzahl von Ventilen, Düsen usw., da die betreffenden Teile der Marschturbine bei den Fahrten mit hoher Leistung unbenutzt bleiben und deshalb in den Hauptturbinen vollständig ersetzt werden müssen. iVußerdem ist die Marschturbine mit Getriebe für die Hauptfahrten lediglich ein Ballast.Up to now, upstream marching turbines, the power of which was not required, switched off on the steam side. This has particular disadvantages, especially during the transition from the march to the main circuit or vice versa. In the former case, the steam inlet valves to the marching turbine must be opened it requires twice the number of valves, nozzles, etc. as the ones in question Parts of the marching turbine remain unused during the journeys with high power and are therefore completely in the main turbines need to be replaced. In addition, there is the marching turbine with gearbox for the main journeys just a ballast.

Die Erfindung betrifft eine Turbinengetriebeanlage für stark wechselnde Leistungen und Drehzahlen mit Marsch- und Haupt-The invention relates to a turbine transmission system for strongly changing performances and speeds with marching and main

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Johann Bausch in Mannheim.Johann Bausch in Mannheim.

turbinen, die mindestens je eine Gleichdruckstufe besitzen und über Zahnradgetriebe auf eine gemeinsame Welle arbeiten. Die Turbinengetriebeanlage nach der Erfindung ist besonders für Schiffsantrieb geeignet UJÄf kennzeichnet sich dadurch, daß die im Vefe hältnis zur Hauptturbine kleine Leistung!', (nur etwa 6% der Gesamtleistung der Hauptturbinen) der mit hoher Drehzahl laufenden ίο Marschturbine anfangs durch eine kleine Dampfmenge mit großem Wärmegefälle und bei zunehmender Leistung durch Vergrößerung der Dampfmenge und Abnahme des Wärmegefälles durch Überbrückung von Überdruckstufen bestimmt wird; dabei erhält bis zur Inbetriebnahme aller Düsensatze der Marschturbine nur deren Gleichdruckstufe Frischdampf, und diese Dampfmenge wird auch für größere Leistungen annähernd beibehalten, während die nach der Inbetriebnahme aller Düsensätze der Marschturbine weiter benötigte Dampfmenge in Parallelschaltung hierzu den Düsensätzen der Hauptturbine zugeführt wird und alsdann der Dampf von allen Gleichdruckstuferi die weiteren Turbinenteile gemeinsam durchströmt. Die von der Marschturbine abgegebene Leistung bleibt bei einer derartigen Anlage ungefähr gleich und wird bei großen Gesamtleistungen durch eine Vergrößerung der Dampfmenge, durch Zuschaltung -von weiteren Düsengruppen für die Gleichdruckstufe erreicht. Die nachfolgenden Stufen in der Marschturbine werden hierbei, sobald deren Querschnitte nicht mehr ausreichen, durch Umlaufleitungen und -ventile überbrückt. turbines that each have at least one constant pressure stage own and work on a common shaft via gear transmission. The turbine transmission system according to the invention is particularly suitable for ship propulsion UJÄf is characterized by the fact that the in the Vefe ratio to the main turbine small power! ', (only about 6% of the total power of the main turbines) The marching turbine, which runs at high speed, is initially replaced by a small one Amount of steam with a large heat gradient and with increasing output through enlargement the amount of steam and decrease in the heat gradient by bridging Overpressure stages is determined; until all nozzle sets are put into operation, the March turbine only whose constant pressure stage is live steam, and this amount of steam is approximately retained even for larger outputs, during those after commissioning of all nozzle sets of the marching turbine, further required amount of steam in parallel connection this is fed to the nozzle sets of the main turbine and then the steam from all the equal pressure stages other turbine parts flows through together. The one given off by the marching turbine Performance remains about the same with such a system and is large Total performance by increasing the amount of steam by adding further nozzle groups for the equal pressure stage achieved. The following stages in the marching turbine are here as soon as whose cross-sections are no longer sufficient, bridged by circulation lines and valves.

Die Turbinengetriebeanlage nach der Erfindung besitzt besondere Vorzüge. Die Marschturbme ist stets von ihrer Normalleistung an bis zur Höchstleistung der ganzen Anlage mit annähernd gleicher Höchstleistung in Betrieb. Die Aufeinanderfolge und Bedienung der Düsenventile für die Marscli- und Hauptturbine erfolgt ohne Unterbringung in fortlaufender Reihenfolge. Die von der Marschturbine geleistete Arbeit kann von der Gesamtleistung in Abzug gebracht werden, so daß die Leistung der Hauptturbinen entsprechend verkleinert wird. Vor allen Dingen ist wesentlich, daß eine dampfseitige Abschaltung der Marschturbine fortfällt, was die Bedienung der gesamten Anlage vereinfacht und die Betriebssicherung erhöht. Auch dient die Märschturbine niemals als Ballast für die Hauptturbine, Für kleine Leistungen und Drehzahlen kann infolge des großen Übersetzungsverhältnisses und daher der hohen Drehzahl der Marschturbine bei kleinen Dampfmengen ein verhältnismäßig hoher Anteil des Gesamtwärmegefälles mit günstigem Wirkungsgrad ausgenutzt werden. Bei der Steigerung der Leistung und Erhöhung der Drehzahl nimmt der Anteil an ,...,Wärmegefälle für die Marschturbine ab, *'-Jj$$r.auf aber die Treibmittelmenge durch die ■■^clialtung von weiteren Düsengruppen ent-'' sprechend vergrößert wird. Die Unterbringung und Zuschaltung der verschiedenen Düsengruppen ist, da diese sich nur am ersten Gleichdruckrade der Marsch- und Hauptturbinen befinden, wesentlich einfach. Mit der Vergrößerung der Dampfmenge nimmt die Beaufschlagung der Gleichdruckstufen der Marsch- und Hauptturbinen allmählich zu, was eine Herabsetzung der Reibungs- und Pumpenverluste bedeutet. Die erforderlichen Umschaltventile und Leitungen werden kleiner, ihre Zahl verringert sich, wodurch ebenfalls die Wirtschaftlichkeit gesteigert wird und zufolge der vorgenannten Umstände überhaupt eine wesentliche Gewichts- und Raumersparnis erzielt Werden kann.The turbine transmission system according to the invention has particular advantages. the Marschturbme is always from its normal performance to the maximum performance of the whole System in operation with approximately the same maximum output. The succession and service the nozzle valves for the Marscli and main turbines are not housed in sequential order. The work done by the marching turbine can be done by the total power can be deducted, so that the power of the main turbines is reduced accordingly. Above all, it is essential that a steam side There is no shutdown of the marching turbine, which simplifies the operation of the entire system and operational reliability is increased. Also, the march turbine never serves as a Ballast for the main turbine, for small powers and speeds, as a result of the large gear ratio and therefore the high speed of the marching turbine small amounts of steam with a relatively high proportion of the total heat gradient favorable efficiency can be exploited. In increasing performance and increasing the speed increases the proportion, ..., heat gradient for the marching turbine decreases, * '- Jj $$ r. But the amount of propellant due to the ■■ ^ clialing of further groups of nozzles is enlarged speaking. The accommodation and connection of the various Nozzle groups is because these are only located on the first constant pressure wheel of the march and main turbines are essentially simple. As the amount of steam increases, the Loading of the equal pressure stages of the marching and main turbines gradually increases, which means a reduction in friction and pumping losses. The necessary Switching valves and lines are becoming smaller, their number is reduced, which means also the economy is increased and due to the aforementioned circumstances a substantial weight and space saving can be achieved at all.

In Fig. ι ist beispielsweise eine Anlage gemäß der Erfindung dargestellt; mit beispielsweise einer Marschturbine 1, einer Hochdruckhauptturbine 2 und einer Niederdruckhauptturbineß. Alle drei Turbinen arbeiten über ihre Ritzel 4, 5, 6 auf das gemeinsame Hauptrad 7. Letzteres ist mit der Propellerwelle 8 gekuppelt. 9 bezeichnet die gemeinsame Zudampfleitung von den Kesseln, 10 die Zudampfleitungen nach der Marschturbine 1 und 11 die Zudampfleitung nach der Hochdruckturbine 2, 12 und 13 bezeichnen die Düsenventile für die Marschturbine, 14 und 15 die Düsenventile für die Hochdruckturbine. Die Anzahl dieser Düsenventile richtet sich nach den jeweiligen Verhältnissen.In Fig. Ι, for example, a system according to the invention is shown; with for example a marching turbine 1, a high pressure main turbine 2 and a low pressure main turbine. All three turbines work on the common one via their pinions 4, 5, 6 Main wheel 7. The latter is coupled to the propeller shaft 8. 9 denotes the common Steam line from the boilers, 10 the Zudampfleitung after the marching turbine 1 and 11 the Zudampfleitung after the high pressure turbine 2, 12 and 13 denote the nozzle valves for the marching turbine, 14 and 15 the nozzle valves for the high pressure turbine. The number of these nozzle valves depends on the respective circumstances.

Fig. 2 zeigt eine Anlage mit. ebenfalls drei Turbinen, wobei die Marschturbine 1 über eine Zwischenübersetzung 16 auf das Marschtürbinenritzel arbeitet. Dieses zusätzliche Getriebe kann von irgendeiner bekannten Ausführung sein, z. B. mechanisch, hydraulisch oder elektrisch. Auch kann dieses Getriebe so ausgebildet werden, z. B. bei einer hydraulischen oder elektrischen Übersetzung, daß dasselbe teils als starre Kupplung wirkt, wobei dann die Marschturbine unmittelbar auf ihr Ritzel oder andererseits mit einer Übersetzung ins Schnelle arbeitet. Letzteres ist besonders vorteilhaft, um bei kleinen Propellerdrehzahlen noch einen guten Gesamtwirkungsgrad zu erhalten, weil dann die Marschturbine wieder mit ihrer vollen Drehzahl laufen kann und außerdem infolge der starken Abnahme der Leistung auch die' benötigte Dampfmenge klein wird.Fig. 2 shows a system with. also three turbines, with the marching turbine 1 over an intermediate transmission 16 works on the march turbine pinion. This additional Transmission can be of any known design, e.g. B. mechanical, hydraulic or electric. This transmission can also be designed, for. B. at a hydraulic or electrical translation, so that it partly acts as a rigid coupling, then the marching turbine directly on its pinion or on the other hand with a Fast translation works. The latter is particularly beneficial for small ones Propeller speeds can still get a good overall efficiency because then the March turbine can run at full speed again and also as a result of the sharp decrease in power and the 'required amount of steam is small.

In den Fig. 3 bis 8 sind beispielsweise die einzelnen Schaltungen und Dampfwege für verschiedene Schiffsgeschwindigkeiten undIn FIGS. 3 to 8, for example, the individual circuits and vapor paths for different ship speeds and

Drehzahlen angegeben. Die Marsch- und Hochdruckhauptturbine sind hierbei im Schnitt dargestellt. Der jeweilige Dampf weg ist durch eine stark punktierte Linie angedeutet. Die bei höheren Leistungen überbrückten Turbinenteile laufen im Dampf von entsprechender Spannung leer mit.Speeds indicated. The march and high pressure main turbine are here in Section shown. The respective steam path is indicated by a strongly dotted line. The turbine parts that are bridged at higher outputs run idle in the steam with the corresponding voltage.

Die Umlauf ventile 17,18,19 an der Marschturbine gestatten, die Trommelteile a, b, c zu überbrücken (vgl. Fig. 5 bis S).The circulation valves 17,18,19 allow the marching turbine to bridge the drum parts a, b, c (see. Fig. 5 to S).

Das Einlaufventil 20 an der Hochdruckhauptturbine dient zur Überbrückung der ersten Trommelstufen d dieser Turbine bei den größten Leistungen (vgl. Fig. 8).The inlet valve 20 on the high-pressure main turbine serves to bypass the first drum stages d of this turbine at the highest outputs (cf. FIG. 8).

Die Düsengruppen der M.arschturbine sind entsprechend ihrer Reihenfolge mit I, II, III bezeichnet, diejenigen der Hochdruckhauptturbine mit IV, V, VI.The nozzle groups of the M. arschturbine are marked with I, II, III according to their order denotes those of the high-pressure main turbine with IV, V, VI.

Die einzelnen Schaltungen nach Fig. 3 bis 8 sind wie folgt:The individual circuits according to Fig. 3 to 8 are as follows:

1515th 33 MarschturbineMarching turbine TrommelteileDrum parts im Betrieboperational II. a, b, ca, b, c —- HaupthochdruckturbineMain high pressure turbine TrommelteileDrum parts im Betrieboperational IVIV d, ed, e Figurfigure 44th Düsengruppen :Nozzle groups: I und III and II a, b, ca, b, c —- Düsengruppen jNozzle groups j —- " IV und V"IV and V d, ed, e 20 520 5 I-IIII-III b, c-b, c- —- IV-VIIV-VI d, Cd, c 66th I-IIII-III CC. d, ed, e 77th I-III :I-III: d, ed, e 88th I-III j
i I-III j
i ee

Von den Hauptturbinen kann der Dampf, wie in den Fig. 1 und 2 angegeben ist, noch durch weitere Turbinen strömen. Ebenfalls können die Schaltungen an und für sich von den beispielsweise angegebenen Fig. 1 tis 8 abweichen. An Stelle der in den Fig. 3 bis 8 angegebenen Trommelteile a, b, c, d, e in der Marsch- und Hochdruckhauptturbine können selbstverständlich auch ganz oder teilweise Gleichdruckräder verwendet werden. Ebenso können an Stelle von einer Marschturbine auch zwei oder mehr Turbinen Verwendung finden, wobei dann diese Turbinen sowie die Hauptturbinen entweder eine Welle oder gemeinsam zwei oder mehr Wellen antreiben. Anstatt die Marschturbine wie die Hauptturbinen unmittelbar auf das Getriebe arbeiten zu lassen, kann man hierfür auch noch eine weitere Übersetzungsstufe einschalten.As indicated in FIGS. 1 and 2, the steam can flow from the main turbines through further turbines. Likewise, the circuits in and of themselves can differ from FIGS. 1 to 8, indicated by way of example. Instead of the drum parts a, b, c, d, e indicated in FIGS. 3 to 8 in the marching and high-pressure main turbine, it is of course also possible to use all or some of the impulse wheels. Likewise, instead of one marching turbine, two or more turbines can also be used, in which case these turbines and the main turbines either drive one shaft or together drive two or more shafts. Instead of having the marching turbine work directly on the gearbox like the main turbines, you can also switch on a further gear ratio for this purpose.

Auch kann das Übersetzungsgetriebe der Marschturbine in diesem Falle für zwei oder mehr voneinander abweichenden Geschwindigkeitsübersetzungen oder einmal für unmittelbare Kupplung und das andere Mal mit einer Geschwindigkeitsübersetzung vorgesehen werden. Durch diese weitere Zwischenübersetzung kann die Drehzahl der Marschturbine für die kleinen Propellerdrehzahlen wieder angenähert auf die Drehzahl erhöht werden, was einer entsprechenden Verbesserung des Wirkungsgrades entspricht.The transmission gear of the marching turbine can in this case for two or more different speed ratios or once for immediate Coupling and the other time be provided with a speed transmission. Through this further intermediate translation the speed of the marching turbine for the small propeller speeds can be approximated to the speed again be increased, which corresponds to a corresponding improvement in efficiency.

Claims

Claim:

Turbine gear system for strongly changing powers and speeds with Marching and main turbines, each of which has at least one constant pressure stage and via gear transmission to a common one Working shaft, in particular for ship propulsion, characterized in that in relation to the main turbine small power of the marching turbine running at high speed initially due to a small amount of steam large heat gradient and with increasing output by increasing the amount of steam and decreasing the heat gradient is determined by bridging overpressure stages, with the March turbine only receives the constant pressure stage of live steam and this amount of steam is approximately retained even for larger outputs, while after the commissioning of all nozzle sets ■ the marching turbine further required amount of steam. in parallel to this the Nozzle sets of the main turbine is supplied and then the steam from all constant pressure stages the other turbine parts flows through together.

1 sheet of drawings