-
Einzelachsantrieb von Fahrzeugen, insbesondere Lokomotiven, durch
je eine Dampf- oder Gasturbine Der Einzelachsantrieb von Fahrzeugen durch Dampf-
oder Gasturbinen kann dadurch erzielt werden, daß auf jede Achse mindestens eine
Teilturbine wirkt, in der das ganze verfügbare Wärmegefälle umgesetzt wird. Zur
Erzielung eines guten Wirkungsgrades ist in diesem Falle auf jeder Achse eine vielstufige,
also umfangreiche, schwere und teure Teilturbine erforderlich. Günstiger ist es,
das Wärmegefälle auf die einzelnen Teilturbinen zu verteilen, also die Teilturbinen
in Dampfrichtung nicht neben-, sondern hintereinanderzuschalten. In diesem Falle
verteilt sich die für die Ausnutzung des gesamten Gefälles erforderliche Stufenzahl
auf die sämtlichen Teilturbinen, also auf alle angetriebenen Achsen. Die im Turbinenbau
bekannte Verschiebung des Gefälles nach den Hochdruckstufen bei abnehmender Dampfmenge,
insbesondere bei Düsenregelung, hat bereits zu dem bekannten Vorschlag geführt,
die Zahl der dampfseitig hintereinandergeschalteten Turbinen größer zu machen als
die Zahl der angetriebenen Achsen oder Achsgruppen und die den höchsten und niedrigsten
Druckteil des Gefälles verarbeitenden Turbinen auf eine gemeinsame Achse oder <<\chsgruppe
treiben zu lassen.
-
Wird das Gefälle so unterteilt, daß bei der Baulast, für die die Schaufelung
berechnet wird, auf jede Achse die gleiche Leistung übertragen wird, so ist das
Anfahrmoment, das auf die einzelnen Achsen ausgeübt wird, keineswegs gleich. Im
Moment
des Anfahrens verläuft die Entspannung etwa nach einer Drossellinie,
die in den Niederdruckstufen auf erheblich höhere Werte des spezifischen Volumens
führt als die Entspannungslinie bei hoher Drehzahl, die zur Baulast gehört. Ist
der innere Wirkungsgrad der Schaufelung bei voller Drehzahl 8o °/o, so führt die
Entspannungslinie von 6o ata und 45o' auf 1,2 ata auf ein spezifisches Endvolumen
von 1,42 m3/kg, während gedrosselter Dampf vom gleichen Enddruck fast den doppelten
Wert des spezifischen Volumens, nämlich 2,7 m3/kg, und damit auch des Gesamtvolumens
aufweist.
-
Die Dampfgeschwindigkeiten in den letztenStufen der Turbine sind deshalb
im Anfahrzustand erheblich größer als bei voller Drehzahl und gleicher Dampfmenge.
Dies bedeutet eine Konzentration der Umfangskraft und damit auch des Anfahrmomentes
auf diejenige Teilturbine, die das letzte Teilgefälle verarbeitet, und auf die von
ihr angetriebene Achse. Schließlich ist das Anfahrmoment auch von der Art der Schaufelung
abhängig; es ist am kleinsten bei der Gleichdruckschaufelung und größer bei der
Überdruckschaufelung.
-
Gemäß vorliegender Erfindung soll das größte erzielbare Anfahrmoment
aller Achsen dadurch gleich groß gemacht werden, d'aß das verfügbare Wärmegefälle
auf die einzelnen, dieTreibachsen antreibenden Teilturbinen nicht gleichmäßig, sondern
ungleichmäßig verteilt wird. Die letzte Niederdruckturbine bekommt dann bei Berechnung
der Turbine für d.ie Baulast, d.h. bei demjenigen Betriebszustand, bei dem bester
Wirkungsgrad durch günstigste Strömungsverhältnisse erzielt wird, den. kleinsten
Anteil des Gesamtgefälles, die erste Hochdruckturbine den größten Anteil. Um bei
den verschiedenen Belastungen im Betrieb einen Ausgleich in den Leistungen zu erzielen,
die auf die verschiedenen Achsen übertragen werden, sollen Teildampf mengen einzelne
Stufen, Stufengruppen oder Teilturbinen überbrücken. Um Drosselverluste bei Stufenüberbrückungen
zu beschränken bzw. zu vermeiden, werden in den nachgeschalteten Turbinenteilen
zusätzliche Stufen untergebracht, in denen der Dampf höherer Spannung auf den Druck
des alle Teilturbinen durchströmenden Dampfes entspannt wird. Die nachgeschalteten
Teilturbinen erhalten also eine Ausbildung in der Art von Zweidruckturbinen. Sie
verarbeiten zwei Dampfmengen von verschiedenen Drücken. Durch die vorgeschlagene
Stufenüberbrückung wird auch dem Absinken des Gesamtwirkungsgrades mit abnehmender
Dampfmenge entgegengearbeitet, das bei Turbinen, in denen der Dampf alle Stufen
durchströmt, damit zusammenhängt, daß die Hochdruckstufen bei kleiner Dampfmenge
gegenüber der Berechnung zu große und die Niederdruckstufen zu kleine Gefälle verarbeiten.
-
Abb. i zeigt ein Ausführungsbeispiel; a, b und c stellen die Antriebsmaschinen
der drei Achsen eines Schienenfahrzeuges dar, deren Schaufelungen durch die Leitungen
e und f hintereinandergeschaltet sind.
-
Die drei Teilturbinen a, b und c sind derart berechnet -und bemessen,
daß bei der der thermodynamischen Auslegung zugrunde liegenden Baulast, d. h. dem
Belastungszustand, bei dem bester Wirkungsgrad erzielt werden soll, das verfügbare
Gefälle ungleichmäßig verteilt ist, und zwar bekommt die Teilturbine c das kleinste,
die Teilturbine a da-s größte Gefälle. Die Verteilung wird derart eingerichtet,
daß die größten Anfahrmomente aller drei Teilturbinen gleich sind.
-
Der Frischdampf wird durch die Leitung d nicht nur der Antriebsmaschine
a durch Öffnen von Ventil i zugeführt, sondern zusätzliche Dampfmengen können auch
durch Ventil g der Antriebsmaschine b und durch Ventil h der Antriebsmaschine
c zuströmen. Durch Öffnen der Ventile g und h erhöhen sich dieLeistungen derTurbinenteileb
und c. Durch zweckentsprechende Bemessung der drei Turbinenteile und der Absperrorgane
i, g und h
kann gleiches Anfahrmoment und gleiche Leistung der drei
Achsen bei voller Dampfmenge erzielt werden.
-
In Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Drosselverluste
bei Betrieb mit Zusatzdampf weitgehend vermindert sind. Der durch die Leitungg zuströmende
Frischdampf wird durch die zusätzliche Stufe yn der Teilturbine b auf den
Enddruck der Turbine a entspannt. Die Bemessung der Stufe yn kann so erfolgen, daß
der bei offenem Ventil g zuströmende Zusatzdampf in den Stufen m ohne Drosselverlust
arbeitet. Das gleiche gilt für die Stufengruppen, die in der Teilturbine c untergebracht
ist und den durch das offene Ventil h zuströmenden Frischdampf ohne Drosselverlust
auf den Enddruck der Teilturbine b entspannt. Die Teilturbinen b und c arbeiten
also als Zweidruckturbinen, indem sie Dampfmengen von zwei verschiedenen Spannungen
verarbeiten.
-
In Abb. 2 ist mit unterbrochenen Linien noch die Möglichkeit vorgesehen,
daß die der Teilturbine c zuströmende zusätzliche Dampfmenge nicht aus der Frischdampfleitung,
sondern aus der Abdampfleitung.der Teilturbine a entnommen wird, so daß nur die
Stufen der Teilturbine b von ihm überbrückt sind. In diesem Falle sind auch die
zusätzlichen Stufen n. der Teilturbine c für das kleinere Gefälle auszubilden.
-
Bei dieser Anordnung kann bei gegebener Dampferzeugung des Kessels
rasche Beschleunigung und geringe Anfahrzeit erzielt werden, da alle angetriebenen
Achsen voll ausgenutzt werden können. Es kann außerdem ein guter Wirkungsgrad der
Dampfumsetzung bei voller Leistung und voller Geschwindigkeit wie auch bei dazwischenliegenden
Fahrstufen erzielt werden.