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überwachungsvorrichtung des Achsschubausgleiches von Kreiselmaschinen,
insbesondere Dampf- oder Gasturbinen Bekanntlich lassen sich durch die GegeneinanderschaItung
der Achsschübe zweier strömungsmäßig hintereinandergeschalteter Gehäuse von Kreiselmaschinen
mit Überdruckbeschäüflung, insbesondere von Dampf-oder Gasturbinen, besondere Schubausgleichslaibyrinthe
ersparen, da :die geringen noch auftretenden Restschübe durch ein Drucklager aufgenommen
werden können. Durch den Fortfall besonderer Druckausgleich-Iabyrinthe werden :nicht
nur die mit diesen verbundenen Verluste an Arbeitsmittel erspart, sondern es werden
auch die betrieblichen Störungen, die häufig bei Schubausgleichlabyrinthen, insbesondere
im Hochdruckgebiet, auftreten, vermieden. Dies gilt insbesondere auch für Kreiselmaschinen,
bei denen in den gegeneinandergeschalteten Läuferteilen die Überdruckbeschauflung
auf einer Vielzahl von radial beaufschlagten Rädern angeordnet ist. Die Verteilung
der Schaufeln auf eine Vielzahl von radial beaufschlagten Rädern ergibt die Möglichkeit,
eine sonst unausführbar große Anzahl von Schaufelkränzen auf verhältnismäßig kurzer
Baulänge unterzubringen. Insbesondere läßt sich die Beschaufdung in sich wärmebeweglich
ausführen, und es können damit die für Überdruckbeschauflungen wichtigen kleinen
Dichtungsspalte betriebsmäßig eingehalten werden. Die radial beaufschlagten Räder
haben aber den Nachteil, daß sie dem Druck des Arbeitsmittels verhältnismäßig große
Angriffsflächen bieten und daß daher die absoluten Werte der Achsschübe der einzelnen
Gehäuse groß werden. Als um so wichtiger .hat sich :gerade bei radial beaufschlaglen
Turbinen die Gegeneinanderschaltung zweier Gehäuse erwiese.
Gerade
die Anordnung einer Vielzahl von verhältnismäßig kleinen Rädern gestattet auch,
die Absolutwerte der Achsschübe auch bei radial beaufschlagter Beschauflung in tragbaren
Grenzen zu halten. Es treten jedoch Fälle auf, bei denen der Ausgleich des Achsschubes
durch Gegeneinanderschaltung soweit gestört wird, daß die Restschübe doch das Drucklager
gefährden können. Das ist besonders dann der Fall, wenn in eines der Gehäuse oder
besonders in die Überströmleitung zwischen beiden Gehäusen Arbeitsmittel zur Erzielung
einer Überlast eingeleitet oder Arbeitsmittel für besondere Zwecke entnommen wird.
Noch gefährlicher können die Verhältnisse werden, wenn die Schaufelkanäle in einem
der gegeneinandergeschalteten Gehäuse oder in einer Radialebene eines solchen Gehäuses
durch Verschmutzung oder Versalzung verengt werden. Auch hierdurch kann eine solche
Veränderung der Druckverhältnisse eintreten, daß das Drucklager überlastet wird.
Gerade die fahren durch derartige Versalzungserscheinungen, wie sie beispielsweise
bei Höchstdruckdampfturbinen auftreten, sind gegenüber der sonst so vorteilhaften
Anordnung zweier schubmäßig gegeneinandergeschalteter, radial beaufschlagter Läufer
häufig als nachteilig ins Feld geführt worden.
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Es- sind bereits Vorschläge bekanntgeworden, in einer besonderen Vorrichtung
die verschiedenen Dainpfdrüek.e auf Flächen wirken zu lassen, die in gleichem Verhältnis
zueinander stehen wie die entsprechenden Flächen des Turbinenläufers und von dieser
Vorrichtung den Schubausgleich völlig selbsttätig beeinflussen zu lassen. Das ordnungsgemäße
Arbeiten derartiger selbsttätiger Vorrichtungen läßt sich jedoch schwer überwachen
und bringt daher die Gefahr unbemerkter Störungen mit sich.
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Die vorliegende Erfindung will eine Vorrichtung zur Überwachung des
Ausgleichs der Achsschübe bei Kreiselmaschinen der ge-
schilderten Art angeben,
die jederzeit erkennen läßt, ob der Achsschub noch in zuverlässiger Weise ausgeglichen
ist oder ob besondere Maßnahmen zur Wiederherstellung des Ausgleichs erforderlich
werden. Die Erfindung geht hierbei von folgender Erkenntnis aus. Der Verlauf der
Drücke des Arbeitsmittels innerhalb der Überdruckbeschauflung einer Kreiselmaschine
ändert sich nach dem bekannten Kegel der Dampfgewichte, d. h. das Verhältnis der
Differenz der Quadrate der Drücke an zwei Stellen der Beschauflung zum Quadrat des
durchströmenden Dampfgewichtes ist konstant. In dem Gebiet höherer Dampfdrücke,
in welchem allein Gefährdungen des Drucklagers vorkommen können, läßt sich diese
Beziehung mit ausgezeichneter Annäherung durch eine geradlinige Beziehung ersetzen,
die dahin lautet, daß das Verhältnis der Differenzen zwischen dem Eintrittsdruck
in eine Schaufelgruppe und zwei Drücken an bzlie igen Punkten der Beschauflung konstant
bleibt. Unter Einsetzung dieses angenähert geradlinigen Verhältnisses ergibt sich
eine verhältnisgleiche Änderung sämtlicher Drücke innerhalb der Beschauflung, solange
keine wesentlichen Änderungen durch Einführung oder Anzapfung von Arbeitsmitteln
oder durch Verschmutzung und Versalzung eintreten. Eine weitere herlegung zeigt,
daß bei radial beaufschla-ten Läufern bei einer Vielzahl von Rädern die Flächen,
welche dein Druck des Arbeitsmittels ausgesetzt sind, von Rad zu Rad annähernd gleich
sind. Je genauer diese Gleichheit der Flächen verwirklicht wird, Evas einer geschickten
Auslegung überlassen bleibt, um so weniger beeinflußt eine Änderung des Druckverlaufes
in dem betreffenden Läufer den Achsschub. Bei geschickter Auslegung der hreiselinaschine
kann nian den Achsschub des Hochdruckläufers als das Ergebnis der Summe zweier Schübe
darstellen. Der Eintrittsdruck p, wirkt voll auf eine Stirnfläche f1, die bei fliegender
Anordnung durch den mittleren Stopfbüchsdurehmesser gegeben ist. Der Rest des Achsschubes
wird .durch die Differenzdes Eintrittsdruckes p1 und des Austrittsdruckes p2 aus
dem Gehäuse hervorgerufen durch Einwirkung dieser Differenz auf eine gedachte Fläche
f., die sich als Restglied auf Grund des ermittelten Gesamtschubes ermitteln läßt.
Genau so wirkt iin Niederdruckteil der Austrittsdruck des Hochdruckteils p2, der
hier der Eintrittsdruck ist und den wir als überströmdruek bezeichnen wollen, auf
eine Stirnfläche f3, die bei fliegender Anordnung wieder -durch den mittleren Stopfbüchsdurchmesser
gegeben ist. Der zweite Teil des Achsschubes -des Niederdruckteils wird dann durch
Einwirkung -der Differenz des Überströindruckes p2 und des Gegendruckes p3 auf eine
gedachte Fläche f4 hervorgerufen, die sich wieder als Restglied aus dem Gesamtschub
des Niederdruckteiles errechnen läßt. Die Schubgleichung erhält dann die einfache
Form: Pi ' f i + (PI -P2) 'f2 - p.2 ' f 3 + (P: -- A:) ' f i.
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Aus dieser Gleichung errechnet sieh der Überströmdruck p2 wie folgt:
Soweit der Wert p2 dieser Gleichung genügt, herrscht voller Schubausgleich. Eine
bestimmte
Abweichung ides Druckes p2 von: dem Wert dieser Gleichung
ergibt .einen Restschub, der sich aus dem Produkt Y3 - (f2 + f3 + f4) errechnet.
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Auf Grund-,der so gewonnenen@Erkenntnis, daß, die Aufrechterhaltung
des Achsschubausgleiches im -wesentlIehen von der Erhaltung eines bestimmten' Verhältniases
zwischen dem Eintrittsdruck p1 und (dem überströmdruck p2 abhängt, wird erfindungsgemäß
zur Überwachung des Ausgleiches der Achsschübe zweier gegen@einandergesch.alteter
Läufer vo@rgeschlagen, daß für die Überwachung ein an sich bekannter Doppeldruckmesser
angeordnet ist, -dessen Einzelteile entsprechend den für die Auslegungsverhältnisse
auftretenden Eintritts- und Zwischendrücken derart ausgebildet sind, daß sich die
beiden Zeiger bei angenähertem Schubausgleich überdecken. Unter Überdeckung wird
hierbei eine solche Lage der anzeigenden Spitzen, Punkte oder Linien zueinander
verstanden, welche die Zusammengehörigkeit ohne weiteres sinnfällig macht. Entsprechend
dem vom Gegendruck ps in der oben angegebenen Gleichung für p2 gebildeten Glied
ruß der Anfangspunkt der Druckanzeigevorrichtung für den Druck p, gegenüber dem
Anfangspunkt der Druckanzeigevorrichtung für den Druck p2 um einen festen Betrag
verschoben werden, @da, der Gegendruck üblicherweise praktisch konstant ist: Die
Abbildung zeigt beispielsweise eine Ausbildung des Erfindungsgedankens an Hand einer
radial beaufschlagten Dampfturbine mit zwei fliegend angeordneten, gegeneinandergeschalteten
Läufern. Der Dampf strömt bei z in die Turbine ein durchströmt nacheinander die
-Beschauflung der Räder 2, 3 und q. im Hochdruckgehäuse 5. Er tritt .dann durch
die Überströmleitung 6 in das Niederdruckgehäuse 7 ein, wo er wiederum -die Beschauflungen
der Räder 8, 9 und zo nacheinander durchfließt, um durch den Auspuffstutzen z r
.die Turbine zu verlassen. Im Hochdruckteil wird ein Achsschub durch Einwirkung
des Eintrittsdruckes auf die Stirnfläche 12- und die Räder 2- bis .4 erzeugt, im
Niederdruckteil durch die Einwirkung des Überströmdruckes .auf die Stirnfläche 13
und die Räder 8 bis zo. Allein maßgebend für den Hochdruckteil ist der Eintrittsdruck
in seiner Einwirkung auf eine Fläche, die durch den mittleren Durchmesser der Stopfbüchse
14 gegeben ist, ebenso im Niederdruckteil der Überströmdrucl- in seiner Einwirkung
auf eine Fläche, die durch den mittleren Durchmesser der Stopfbüchse 15 g@,geben
ist. Im übrigen wirkt auf die Räder im Hochdruckteil die Differenz zwischen dem
Eintrittsdruck und dem Überströmdruck und. im Niederdrückteil die Differenz zwischen
dem Überströmdruck und dem Gegendruck. Solange keine wesentlichen Druckverschiebungen
innerhalb der Beschauflung auftreten, ergibt sich ein gleichbleibendes Verhältnis
zwischen dem Eintrittsdruck und dem Überströmidruck unter einer durch den Gegendruck
gegebenen Verschiebung,der Nullpunkte. Wie die Abbildung zeigt, sind die Flächen
der einzelnen Räder innerhalb jedes Gehäuses einander praktisch gleich, so daß auch
Änderungen im Druckverlauf innerhalb der einzelnen Gehäuse auf die Höhe des Achsschubes
nur sehr geringen Einfluß haben. So kommt es, daß für die Aufrechterhaltung eines
guten Schubausgleiches das Verhältnis des Überstr ömdruckes zum Einströmdruck maßgebend
wird. Die entsprechend den Erkenntnissen der Erfindung ausgebildete überwachungsvorrichtung
für den Achsschub wird durch die beiden Manometer 16 und 17 dargestellt. Die Zeiger
18 und z9 dieser Manometer sind so angeordnet, daß ihre gegenseitige Lage für das
Auge sofort sichtbar ist. Der einfachen zeichnerischen Wiedergabe wegen sind die
Zeiger gegenüberliegend dargestellt. Bei einer tatsächlichen Ausführung lassen sie
sich auch gleichmittig anordnen, wodurch die gegenseitige Überdeckung noch besser
erkennbar ist. Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung wird aber durch die Darstellung
der Abbildung vollkommen klar. Die Federkräfte und Übersetzungsverhältnisse sind
so gewählt, daß der Schubausgleich dann erhalten ist, wenn die Spitzen der beiden
Zeiger einander gegenüberstehen. Zur Berücksichtigung des Einflusses des praktisch
konstanten Gegendruckes ist der Anfangspunkt 2o der Skala für den überströmdruck
gegenüber d em Anfangspunkt 2r der Skala für den Einströmdruck verschoben. Im allgemeinen
wird es zweckmäßig sein, sich mit einer derartigen leichten Überwachung des Schubausgleiches
durch das Auge zu begnügen, um dem Maschinenwärter die Verantwortung nicht ganz
abzunehmen. Es ist jedoch leicht möglich, die Überwachung auch selbsttätig zu gestalten,
beispielsweise, wie an sich bekannt, durch Anbringung einer Kontaktvorrichtung,
die aus dem Bügel 2,2 und dem Gegenstück 23 besteht und bei einer zugelassenen Höchstab-,veichung
der gegenseitigen Stellung der Zeiger entweder ein Warnungszeichen ertönen läßt
oder selbsttätig Steuervorgänge auslöst, die den Ausgleich des Achsschubes wiederherstellen.
Beispielsweise
können bestimmte Teile der Beschauflung durch besondere Ventile überbrückt werden,
um den Druckverlauf wieder richtigzustedlen.