DE705697C - Dampfturbine oder Dampfturbinenteil mit radialer Beaufschlagung in nicht gegenlaeufiger Bauart - Google Patents

Description

• Dampfturbine oder Dampfturbinenteil mit radialer Beaufschlagung in nicht gegenläufiger Bauart Bei nicht gegenläufigen radial beaufschlagten Dampfturbinen, vor allem für Kondensation, ist es für die Verarbeitung des Dampfes mit hohem Wirkungsgrad nur selten möglich, mit einer einzigen beschaufelten Radseite auszukommen. Man ordnet daher zwei oder mehr beschaufelte Radseiten an. Dabei durchströmt der Dampf zunächst die gesamte Beschaufelung der einen Radseite, dann auf dieselbe Weise die zweite und die nächstfolgenden. Diese Schaltung hat den Nachteil, daß im Hoch- und Mitteldruckteil der noch hochgespannte Dampf zum großen Teil in Stufen mit großen Durchmessern verarbeitet wird. Dies bedingt besonders bei sehr kleinen Durchsatzmengen, wie es z. B. bei Höchstdruckturbinen kleiner Leistung der Fall ist, außerordentlich hohe Spaltverluste. Bei Verwendung von Hoch- und Höchstdruckdampf kommt noch hinzu, daß bei einer Dampfströmung nach der oben geschilderten Art die auf den Radseiten und den Gehäusestirnseiten entstehenden Dampfschübe Werte annehmen, die nur durch sehr dickwandige Stahlplatten aus hochwertigem Baustoff beherrscht werden können. Solche Turbinen sind demnach nicht nur unwirtschaftlich, sondern auch außerordentlich schwer und in der Herstellung sehr teuer. Außerdem treten noch eine Reihe weiterer großer Schwierigkeiten auf, die mit der nicht erzielbaren gleichmäßigen Erwärmung derartig massiger Turbinenteile zusammenhängen. Diese Nachteile und die fehlende Möglichkeit schneller Durchwärmung und schneller Betriebsbereitschaft brachten es mit sich, daß die nicht gegenläufige radial beaufschlagte Turbine den Wettbewerb mit den anderen bestehenden Turbinenbauarten selbst in dem begrenzten Gebiet der Gegendruckmaschinen nicht mit Erfolg aufnehmen konnte.
• Diese grundsätzlichen Nachteile der nicht gegenläufigen radial beaufschlagten Turbine suchte man dadurch zu beseitigen, daß man die Anzahl der mit radial beaufschlagter Beschaufelung versehenen Radseiten ganz beträchtlich vergrößerte, wobei man den äußersten Beaufschlagungsdurchmesser der einzelnen Räder mit abnehmendem Dampfdruck zunehmen ließ. Diese Bauweise ist aber teuer und verwickelt und macht den bei radial beaufschlagten Turbinen an sich nicht immer ganz einfachen Zusammen- und Auseinanderbau umständlicher. Die notwendig werdende große Lagerentfernung bedingt aber wegen der kritischen Drehzahl große Wellendicken. Dadurch fällt einerseits ein Teil der innersten hinsichtlich der Spaltverluste günstigsten Stufen weg, deren Zahl um so größer wird, in je mehr kleine Räder man die Turbine aufteilt, andererseits werden die Aufwendungen für Dichtungselemente für die Wellenabdichtungen wesentlich gesteigert.
• Bei radial beaufschlagten gegenläufigen Turbinen, bei welchen die Schaufeln durch Tragringe gehalten werden, ist zur Anpassung des sich mit der Entspannung ändern-

  den Danil>fvolnineiis an (len Beaufschlagungs-

  durchmesser vorgeschlagen «-orden, die inne-

  ren Schaufelreihen durch Zwischensetzen von

  zusätzlichen Tragringen in mehrere parallel

  verlaufendechaufellcan<ile zu unterteilen, die-

  voni Dampf. bevor er den weiter auflen li-

  gen(len Schatifelreilien zugeführt wird, (1."r

  Reihe nach heaufschlagt werden. Wenn auch

  diese Anordnung riuniliche Vorteile bringt.

  so versagt sie (loch voni Standpunkt des

  Wirkungsgrades völlig. Die L'berströ niver-

  luste werden hierbei, insbesondere bei klei-

  nen Leistungen oder bei holten 1)anipf(Iriik-

  keil, %"on Schaufelgruppe zu Schaufelgruppe

  unertr<glich grof, da diese Verluste ja an

  jeder einzelnen Schaufelreihe zweimal )uf-

  treten und zudem eine wesentliche Störung

  (irr 1)anlpfströinunr bewirken.

  Uni die geschilderten Nachteile der nicht

  regenläufigen radial beaufschlagten Turbinen

  zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vor-

  geschlagen, daß mindestens drei heschaufelte

  Radseiten finit je nitildestens zwei (furch

  Abrlichtungsinittcl i-oiieinand"r getrennten

  Schaufelgruppen, einer inneren und einer

  äußeren, auf mindestens zwei Radseiten vor-

  handen sind und der Dampf jeder weiter

  nach aul;ien liegenden Schaufelgruppe der-

  selben Radseite nach jeweils weiterer I?nt-

  spannung in ander-"n Schaufelungsteilen ganz

  oder teilweise wieder zugeführt wird.

  Derartige Radseiten finit in Gruppen unter-

  teiltcr Beschaufelun- können in beliebiger

  Anzahl angeordnet werden. Mit diesen

  Maßnahmen wird erreicht. dali

  bei geringer Radzahl der Dampf in Schaufel-

  gruppen finit solchen Durchmessern verarbei-

  tet wird, die für den jeweils herrschenden

  Dampfdruck ain vorteilhaftesten sind. Trotz

  geringer Radzahl kann der Wirkungsgrad

  der Turbine Sehr hoch gehalten werden. Trotz

  `;roher Raddurchmesser werden die A1ia1-

  schube der beschriebenen Turbine k1: 1i1, (la

  hohe Danipfdriicke nur in den Schaufelgrup-

  pen finit kleinen Durchmessern vorhanden

  sind. Mit des- geringen Radzahl kann auch

  der Wellendurchmesser klein ehalten wer-

  Z,

  den, so daß die Durchmesser für die inneren

  Schaufelgruppen mit hochgespanntem Dampf

  noch «-eiter verriiig@rt «-erden können. Das-

  selbe gilt für die Durchmesser der Wellen-

  abdichtungen, so daß auch hier der Aufwand

  für die Dichtungselemente zur Erzielung

  eines bestimmten Dichtheitsgrades klein

  wird. -Mit der Erzielung kleiner Beaufschla-

  guiigsdurchinesser für den hochgespannten

  Dampf können außerdem auch die Gehäuse-

  wandstärken verhältnismüßig bering gehalten

  werden.

  Die Abb. i bis 3 -zeigen einige Beispiele

  für die Anwendung des Erfindungsgegen-

  Standes. Die einzelnen Räder niit Beschaufe-

  lung sind hierbei wesenhaft in ihrer oberen

  Hälfte dargestellt. Die Räder sind dabei

  ,;.doppelseitig beschaufelt gezeichnet. Jedes

  C doppelseitig beschaufelte Rad könnte auch in

  /wes einseitig beschaufelte Rüder aufgelöst

  -Werden. Zwischen doppelseitig und einseitig

  beschaufelten Rädern lassen sich beliebig

  \-iele Kombinationen herstellen. jede Schau-

  fcIgruppe ist durch eine Zahl gekennzeichnet.

  Die Zahlen, die zu einer Abbildung gehören,

  1>.zeicliiien slic lZeilienfolge der Beaufschla-

  gung der einzelnen Schaufelgruppen durch

  den Dampf. Die Schaufelgruppen einer Ab-

  bildung, die gleiche Zahlen erhalten haben,

  werdest voni Dampf parallel durchströmt.

  In Abb. i «-erden demnach zunächst sämt-

  liche inneren Schaufelgruppen von drei zwei-

  seitig beschaufelten Rudern hintereinander

  durchströmt und dann erst auf dieselbe Art

  und "'eise die äußeren Schaufelgruppen. Der

  C'bergang von den inneren zu den äußeren

  Schaufelgruppen vollzieht sich dabei auf einer

  Radseite, so daß zwischen Gruppe G und

  (Abb. i) kein Labyrinth angeordnet zu werden

  braucht.

  Abb. 2 unterscheidet sich von Abb. i nur

  durch den Cfibergang von den inneren zu den

  iitil@eren Schaufelgruppen. In Abb.2 kommt

  der höchste I)anipfdruck der äußeren Schau-

  felgruppen neben dein höchsten Druck der

  inneren zu liegen. Ebenso herrschen die

  iiiedrigsteii Drücke der inneren mid äußeren

  Schaufelgruppen auf bleicher Radseite.

  Die Abb.3 bis 5 zeigen weitere Beispiele

  %-oii 1-lin,"reiiian(lei-- und Parallelschaltung

  .ler Schaufelgruppen bei mehr als zwei be-

  schaufelten lZadseiten. las Grundsätzliche

  dabei ist, (lall nian finit Fortschreiten der Ent-

  spannung des Dampfes nicht nur Stufen mit

  vergrö13ei-teni Beschaufelungsdurchinesser an-

  wendet, sondern da15 man auch dem sich

  bei Entspannung parabolisch vergrößernden

  Darnpfvolunitii durch das weitere :Mittel der

  Parallelschaltung von Schaufelgruppen ge-

  recht wird. Die Abb. 3 und .I dürften ohne

  weiteres klar sein. Die Abb. 3 zeigt beispiels-

  weise drei doppelseitig beschaufelte Räder

  mit je drei Schaufelgruppen. Die innersten i

  Schaufelgruppen i bis d sind einflutig, dann

  folgen zwei innere parallel geschaltete Grup-

  pen 5.

  Von diesem Doppelfluß geht der Dampf

  in einen dreifach unterteilten Strom über,

  der durch die drei Schaufelgruppen G und 7

  auf dein Mittelteil der Räder gebildet wird.

  Zum Schluß kommt der Dampf in den sechs-

  fach unterteilten Niederdruckteil, der durch

  die parallel geschalteten Schaufelgruppen 8

  auf dem äußersten Teil der Räder gebildet

  wird. Dabei kann der Übergang des Dampfes

  von den Gruppen 7 auf die Hälfte der Gruppen 8 unmittelbar vor sich gehen.
• Beim ü'bergang von den, inneren zu den äußeren Schaufelgruppen können, genau wie beim Übergang des Dampfes von einer Radseite auf die andere, die Dampfmenge oder der Dampfzustand oder beide für den Austritt bzw. Eintritt verschieden sein, wie dies zum Beispiel bei Entnahmedampfturbinen mit oder ohne gesteuerter. Dampfentnahme der Fall ist.
• Die Abb. i bis 5 zeigen nur einige der vielen Möglichkeiten für die Anwendung der vorliegenden Erfindung. Die Zahl der beschaufelten Radseiten kann beliebig sein. Auch ist es gleichgültig, ob die Räder auf gleicher oder verschiedener Wellenmitte sitzen. Verschiedene Wellenmitten kommen vor allem bei Schiffsturbinen in Frage, wo mehrere Teilturbinen über. je ein Ritzel eine gemeinsame Schiffsschraube antreiben.
• Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich, wenn man sämtliche oder einen Anteil der durch Labyrinthe getrennten Gruppen wiederum durch Kanäle mit Absperrvorrichtungen in denselben verbindet; so daß diese Gruppen auch unmittelbar hintereinandergeschaltet werden können. Solche Turbinen können sehr stark wechselnden Dampfmengen durch entsprechende Hintereinander- oder Parallelschaltung von Schaufelgruppen angepaßt werden und eignen sich z. B. als Speicherturbinen für Landdampfkraftanlagen. Diese Speicherturbinen sollen bei gleicher Drehzahl den Dampf aus Speichern auch noch bei verhältnismäßig großer Entspannung verarbeiten können. Andere Arten von Turbinen, die sehr verschiedene Dampfmengen zu verarbeiten haben, sind die Schiffsturbinen. Hier wird man beispielsweise bei kleiner Schiffsgeschwindigkeit, also Marschfahrt, möglichst viele Gruppen hintereina.nderschalten. Dies ergibt einerseits möglichst kleine Durchströmquerschnitte in der Beschaufelung, andererseits einen hohen Wert für die Summe der Quadrate aller Umfangsgeschwindigkeiten der Laufschaufelreihen trotz geringer Drehzahl der Turbine. Bei großer Fahrt wird man dagegen die Schaufelgruppen weitgehend- parallel schalten.
• Man erhält dadurch die für größere Dampfmengen nötwendigen großen Durchströmquerschnitte in der Beschaufelung. Die Verringerung der Zahl der hintereinandergeschalteten Stufen wird durch die Erhöhung der Drehzahl mehr als ausgeglichen, so daß trotz Parallelschaltung der Wert für die Summe aller Quadrate aller Umfangsgeschwindigkeiten dieser Stufen ein sehr guter ist.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Dampfturbine oder Dampfturbinenteil mit radialer Beaufschlagung in nicht gegenläufiger Bauart, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei beschaufelte Radseiten mit je mindestens zwei durch Abdichtungsmittel voneinander getrennten Schaufelgruppen, einer inneren und einer äußeren, auf mindestens zwei Radseiten vorhanden sind und der Dampf jeder weiternach außen liegenden Schaufelgruppe derselben Radseite nach jeweils weiterer Entspannung in anderen Schaufelungsteilen ganz oder teilweise wieder zugeführt wird.
2. 2. Dampfturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehr als zwei mit inneren und äußeren Schaufelgruppen versehenen Radseiten die inneren Schaufelgruppen entweder einzeln oder in kleineren oder größeren Gruppen oder teils einzeln oder teils in Gruppen hintereinandergeschaltet sind, während die weiter außen liegenden Schaufelgruppen nach einer dieser Arten der inneren -Schaufelgruppen oder vollständig parallel geschaltet sind.
3. 3. Dampfturbine nach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daß zwei beschaufelte Radseiten zu einem Rad zusammengefaßt sind.
4. Dampfturbine nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes einzelne Rad in einem Gehäuse für sich untergebracht ist.
5. 5. Dampfturbine nach Anspruch i bis 4., dadurch gekennzeichnet, daß die inneren und äußeren Durchmesser der einzelnen Schaufelgruppen zweiseitig beschaufelter Räder unter Berücksichtigung der entsprechenden Dampfdrücke so gewählt sind, daß der restliche Axialschub so klein wird, daß er vom Drucklager aufgenommen werden kann.
6. 6. Dampfturbine nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes zweiseitig beschaufelte Rad ein Ritzel eines gemeinsamen Getriebes antreibt.
7. 7. Dampfturbine nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Labyrinthe getrennten Schaufelgruppen wiederum durch Umgehungskanäle mit Absperrvorrichtungen in denselben verbunden sind.