DE658903C

DE658903C - Fahrzeug, insbesondere Turbinenlokomotive

Info

Publication number: DE658903C
Application number: DEK141973D
Authority: DE
Original assignee: Krupp Stahl AG
Current assignee: Krupp Stahl AG
Priority date: 1936-04-25
Filing date: 1936-04-25
Publication date: 1938-04-21

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Fahrzeuge, insbesondere auf Turbinenlokomotiven, mit mindestens zwei einzeln durch Turbinen angetriebenen Achsen.

Bei einer bekannten Turbinenlokomotive dieser Art ist das Wärmegefälle auf so viele dampfseitig parallel oder hintereinandergeschaltete Turbinen verteilt, wie die Lokomotive Treibräder hat. Diese Anordnung soll das Verarbeiten hoher Gefalle ermöglichen, ohne daß Übersetzungsgetriebe benötigt werden.

Dagegen ist es Zweck der Erfindung, bei einem Fahrzeug mit mindestens zwei einzeln durch dampfseitig hintereinandergeschaltete Turbinen angetriebenen Achsen dafür Sorge zu tragen,, daß auch bei Teillast auf sämtliche Achsen stets möglichst ungefähr gleiche Leistungen übertragen werden. Eine angetriebene Achse im Sinne der Erfindung ist dabei mit einer Gruppe gekuppelter Achsen gleichwertig.

Die bekannte dampfseitige Hintereinanderschaltung hat nämlich gegenüber der Parallel-Schaltung den Vorteil, daß in jeder Stufe die gesamte Dampfmenge verarbeitet werden kann und nur ein Teil des Gefälles ausgenutzt, wird; sie hat aber den Nachteil, daß sich die Verteilung der Leistungen auf die Einzelturbinen bei verschiedener Belastung ändert. Falls eine Hoch- und eine Niederdruckturbine vorgesehen sind, verarbeitet dann die Hochdruckturbine bei Teillast in der ersten Stufe einen größeren Teil des Wärmegefälles und übernimmt somit einen größeren Teil der Gesamtturbinenleistung. Die Niederdruckturbine dagegen erhält dann in der letzten Stufe ein kleineres Wärmegefälle und übernimmt somit nur einen kleineren Leistungsanteil.

Dem Unterschied in den Leistungen der Turbine entspricht ein Unterschied der Zugkräfte am Treibradumfange. Bei der bekannten Hintereinanderschaltung kann daher im allgemeinen bei jeder Belastung nur an einer Treibachse die Zugkraft bis zu dem durch den Achsdruck und die jeweilige Reibungsziffer zwischen Rad und Schiene bestimmten Grenzwert ausgenutzt werden; die anderen Treibachsen nutzen also das verfügbare Reibungsgewicht nicht in allen Fällen aus, weil z. B. bei Teillast das von den Antriebsturbinen ausgeübte Drehmoment zu klein ist.

Die Erfindung erreicht den angestrebten Zweck, nämlich die Übertragung annähernd gleicher Leistung auf sämtliche Treibachsen des Fahrzeuges auch bei Teillast, im wesentlichen dadurch, daß die Zahl der dampfseitig hintereinandergeschalteten Turbinen um mindestens eins größer ist als die Zahl der angetriebenen Achsen, wobei die den höchsten und niedrigsten Druckteil des Gefälles verarbeitenden Turbinen eine gemeinsame Achse antreiben und die Hochdruckturbine durch Ab- und Zuschalten von Düsen regelbar ist.

Der Verlust an Gefälle und damit an Leistung, der in der Niederdruckturbine bei Verringern des Beaufschlagungsgrades der Hoch-

druckturbine eintritt, wird dann durch den entsprechenden Gewinn in der Hochdruckturbine ausgeglichen. Das Gefälle in der oder den Mitteldruckturbinen ist jedoch hierbei innerhalb weiter Grenzen im großen und ganzen von der durchfließenden Dampf menge unabhängig und damit auch der Anteil der Mitteldruckturbine an der Gesamtleistung. Bei einer Turbinenlokomotive nach der Erfindung bleibt somit die Verteilung der Leistung auf die einzelnen Treibachsen im wesentlichen unverändert, wenn die Gesamtleistung der Lokomotive geändert wird.

Die Regelbarkeit der Hochdruckturbine durch Ab- und Zuschalten von Düsen ist für die angestrebte Wirkung von entscheidender Bedeutung. Im Falle von Drosselregelung würde nämlich bei Teillast" die Leitung, welche die das höchste und niedrigste Wärmegefälle verarbeitenden Turbinen zusammen abgeben, beträchtlich kleiner sein als' die Leistung der Mitteldruckstufen.

Die Zeichnung erläutert in Abb. 1 und 2 zwei Schaltungsmöglichkeiten nach der Erfindung bei Verteilung des Gesamtgefälles auf vier Turbinen. Abb. 3 und 4 zeigen in Ansicht und Grundriß die Anwendung der Schaltung nach. Abb. 2 bei einer Lokomotive. Die Abb. 5 und 6 veranschaulichen einen Fahrzeugrahmen mit einer Schaltung nach Abb. 1. Die Abb. 7 und 8 erläutern in entsprechender Weise die Anwendung der Erfindung bei Verteilung des Gefälles auf drei Turbinen.

Die Anordnung nach Abb. 1 weist vier - 35 dampfseitig hintereinandergeschaltete Turbinenauf, von denen die den höchsten Druckteil des Gefälles verarbeitende Turbine mit HD, die den niedrigsten Druckteil des Gefälles verarbeitende Turbine mit ND bezeichnet ist. Die Turbinen, welche den dazwischen ' befindlichen Gefälleteil verarbeiten, sind mit MD I und MD II bezeichnet.

Die Dampfzufuhr zur Hochdruckturbine HD geschieht über Leitungen 1, 2 und Regelventile 3, 4, welche auf entsprechende, nicht dargestellte Düsengruppen der Hochdruckturbine HD einwirken. Von dieser führt eine Leitung 5 zur ersten Mitteldruckturbine MD I₁ die eine Welle 6 antreibt. An die Mitteldruckturbine MD I ist über eine LeituSg 7 die zweite Mittel druckturbine MD II angeschlossen, welche eine Welle 8 antreibt. Eine Leitung 9 verbindet endlich die Mitteldruckturbine MD II mit der Niederdruckturbine ND₁ aus welcher der Dampf durch eine Lei- > tung 10 austritt. Mit der Läuferwelle 11 der Hochdruckturbine HD und der Läuferwelle 12 der Niederdruckturbine ND ist je ein Zahnritzel 13 bzw. 14 fest verbunden, die gemeinsam in ein Zahnrad 15 eingreifen, das auf einer dritten Welle 16 befestigt ist.

Wesentlich für diese Anordnung ist, daß die vier Turbinen HD, MDI, MDII, ND nur drei Wellen 6, 8, 16 antreiben, also eine weniger als die Zahl der Turbinen beträgt, und daß die Hochdruckturbine HD und die Niederdruckturbine 2VP eine gemeinsame Welle, nämlich die Welle 16, antreiben.

■Die Anordnung nach Abb. 2, bei welcher für gleiche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet sind wie in Abb. 1, unterscheidet sich von derjenigen nach Abb. 1 nur dadurch, daß die Hochdruckturbine HD und die Niederdruckturbine 2VjD auf einer gemeinsamen Welle, nämlich der Welle 16, sitzen. Auch hier ist also wieder eine Turbine mehr vorhanden, als^v angetriebene Wellen vorgesehen sind, und Hoch- und Niederdruckturbine treiben eine gemeinsame Welle 16 an.

Aus der Abb. 4, die den Einbau der An-Ordnung nach Abb. 2 in eine Turbinenlokomotive in einer, der Abb. 2 entsprechenden Darstellung erkennen läßt, ist zu ersehen, daß auf den Wellen 6, S, 16 Ritzel 17,18, 19 sitzen, die auf Treibachsen 20, 21, 22 befestigte Zahnräder 23, 24, 25 antreiben. Abweichend von Abb. 2 haben nach Abb. 4 die Hochdruckturbine HD und die Niederdruckturbine ND ein gemeinsames Gehäuse 26. Dieses kann z. B. so ausgebildet sein, daß das kleine Hochdruckturbinengehäuse von dem großen Gehäuse der Niederdruckturbine ganz umschlossen ist.

Es wurde schön eingangs gesagt, daß eine angetriebene Achse im Sinne der Erfindung auch dann vorhanden ist, wenn der Antrieb auf eine Gruppe von zwei oder mehr miteinander gekuppelten Fahrzeugachsen erfolgt. Eine solche Ausführung zeigen die Abb. 5 undo unter Benutzung der dampfmäßigen ioo Turbinenschaltung nach Abb. 1. ·

Die Wellen 6, S der Mitteldruckturbinen MDI und MD II sind je über ein Wendegetriebe 27, 28 und eine ein- und ausrückbare Kupplung 29, 30 mit den beiden Treibachsen 31, 32 des Fahrzeuges verbunden. In entsprechender Weise stehen die Wellen der Hochdruckturbine HD und die Welle 12 der Niederdruckturbine ND je über ein Wendegetriebe 33, 34 und eine Kupplung 35, 36 mit einer Achse 37, 38 des Fahrzeuges in Verbindung. Die Achsen 37 und 38 sind ihrerseits durch Kuppelstangen 39, 40 miteinander verbunden, so daß sie wie eine getriebene Achse wirken, - -Auch die Mitteldruckturbinen MD L MD II könnten je auf zwei oder mehrere miteinander gekuppelte Achsen arbeiten. Ebenso könnten mit den Achsen 37 und 38 eine oder mehrere weitere Achsen gekuppelt sein, ohne daß am Wesen der'Erfindung etwas geändert würde. Durch passende Wahl der Raddurchmesser

kann das Untersetzungsverhältnis bei Rückwärtsfahrt größer und so die Höchstgeschwindigkeit kleiner gewählt werden als bei Vorwärtsfahrt, ferner kann ein weiterer Gang für Vorwärtsfahrt mit geringen Geschwindigkeiten angeordnet werden.

Die Abb. 7 und 8 zeigen die Aufteilung des Gefälles auf drei Turbinen HD, MD, ND, die dampfseitig hintereinandergeschaltet sind.

Diese drei Turbinen arbeiten auf zwei Achsen im Sinne der Erfindung. Die aus den beiden Achsen 41 und 42 bestehende Achsgruppe, auf welche die Hochdruckturbine HD und die Niederdruckturbine ND treiben, wirken erfindungsgemäß wie eine Achse, weil sie durch Zahnräder 43, 44, 45 zwangsläufig miteinander verbunden sind. Die Achse 46, auf welche die Mitteldruckturbine MD treibt, ist dann die zweite Achse.

Die Erfindung nutzt die Beobachtung aus, daß z. B bei Halblast und unveränderlichen Drücken vor der ersten und hinter der letzten Stufe der Druck hinter der ersten Stufe in ganz grober Annäherung auf die Hälfte desjenigen bei Regellast abfällt. Die Drücke in den übrigen Stufen sinken gleichfalls ab, und zwar bleiben die Verhältnisse aus Anfangsund Enddruck jeder Zwischenstufe ungefähr gleich, so daß die Wärmegefälle in den Zwischenstufen auch bei Teillast nahezu unveränderlich bleiben. Bei Halblast wird infolgedessen die in der ersten Stufe erzeugte Leistung nicht auf die Hälfte der Regelleistung absinken, sondern beträchtlich höher sein.

Dagegen ist die bei Teillast in der letzten Stufe erzeugte Leistung -kleiner als die Leistung, die dem Teilbetrag der Last entsprechen würde. In den Zwischenstufen wirkt sich die Drucksenkung im wesentlichen nur in einer Verschiebung des Wärmegefälles aus. Die Leistungen in diesen Stufen ändern sich daher ungefähr nach Maßgabe des Bruchteiles der Last, sinken also bei Halblast etwa auf die Hälfte. Dadurch, daß erfindungsgemäß die Turbine mit der ersten und die Turbine mit der letzten Stufe auf eine gemeinsame Achse bzw. Gruppe gekuppelter Achsen arbeiten, gleicht sich die in ihnen bei Teillast auftretende Wärmegefälleänderung im wesentlichen aus, so daß das Gesamtwärmegefälle beider Stufen wieder ungefähs dasselbe ist wie bei Vollast; die Dampf men- ■ gen und damit der Absolutbetrag der Leistung sind natürlich kleiner geworden.

Bemerkt sei noch, daß es ratsam ist, den Dampf für den Antrieb der Lokomotivhilfsmaschinen ganz oder teilweise den Verbindungsleitungen 5, 7, 9 (Abb. ι und 2) zwischen den Turbinen zu entnehmen.

Claims

Patentansprüche:

1. Fahrzeug, insbesondere Turbinenlokomotive, mit mindestens zwei einzeln durch dampfseitig hintereinandergeschaltete Turbinen angetriebenen Achsen «(bzw. Gruppen gekuppelter Achsen), dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der dampfseitig hintereinandergeschalteten Turbinen (HD, MDl, MDII, MD, ND) um mindestens eins größer ist als die Zahl der angetriebenen Achsen (bzw. Achsgruppen), wobei die den höchsten und niedrigsten Druckteil des Gefälles verarbeitenden Turbinen (HD, ND) eine gemeinsame Achse bzw. Achsgruppe antreiben und die Hochdruckturbine (HD) durch Ab- und Zuschalten von Düsen (3, 4) regelbar ist.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Düsenregelung (3, 4) versehene Hochdruckturbine (HD) und die ungeregelte Niederdruckturbine (ND) auf einer gemeinsamen Welle (16, Abb. 2 und 4) sitzen.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckturbine (HD) und die Niederdruckturbine (ND) je auf eine Fahrzeugachse (z. B. 37, 38, Abb. 6) treiben, die miteinander gekuppelt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen