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Dampfturbine mit günstigen Teillastwirkungsgraden Die bekannten Da
mpfturbinenbauarten entspannen Hochdruckdampf mit um so schlechterem Nutzeffekt,
je höher der Kesseldruck gewählt wird, da die Wirkungsgrade der Hochdruckstufen
erheblich niedriger sind als diejenigen der Niederdruckstufen. Dies zeigt sich bei
dem Vergleich des Dampfverbrauchs und der Gefälle von ',#Torschaltturbinen mit denen
der nachgeschalteten Turbinen. Da die Vorschaltturbinen und auch die Hochdruckteile
von Gegendruck- und Anzapfturbinen auf konstanten Gegendruck arbeiten, so sind sie
hinsichtlich des Teillastverbrauchs besonders ungünstig gestellt.
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Um den Betrieb der Hochdruckturbinen und der genannten Spezialturbinen,
besonders bei Teillasten, wirtschaftlicher zu gestalten, wird vorgeschlagen, den
Frischdampf mindestens zwei Stufengruppen zuzuführen, von denen jede eine Regelstufe
aufweist. Die Düsensätze, durch die der Frischdampf in die Turbine eintritt und
die vom Regler nacheinander geöffnet und geschlossen werden, sind auf die Regelstufen
verteilt.
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Die erste Stufengruppe wird für eine Teildampfmenge derart ausgelegt,
daß sie auch noch bei hinter der Stufengruppe zuströmenden Dampfmengen, die j a
Druckstauungen verursachen, günstig arbeitet. Die auf die erste folgende Stufengruppe
oder Stufengruppen, deren Regelstufen in den Düsensätzen die restlichen Frischdampfmengen
aufnehmen, sind derart ausgelegt, daß sie bei Teillast an die Entspannung der die
vorhergehenden Stufengruppen durchströmenden Dampfmengen mit günstigen Strömungsverhältnissen
anschließen und noch bei Verwendung der vollen Dampfmenge mit geringen Auslaßverlusten
arbeiten. Sämtliche Stufen können als Kammer- oder als Trommelstufen ausgestaltet
werden; die Verwendung von Zwischenböden wird bei kleinen Leistungseinheiten
vor
allem in der ersten Stufengruppe vorgezogen «erden, während bei größeren Leistungseinheiten
und besonders in den auf die erste folgenden Stufengruppen die Trommelschaufelung
Vorteile bietet.
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Bei sehr hohen Dampfdrücken soll die erste Stufengruppe mit den ihr
benachbarten Abdichtungen zusammen in einem besonderen Gehäuseeinsatz untergebracht
werden, der zentrisch und wärmebeweglich in das Außengehäuse eingebaut wird. Sämtliche
Gehäuseteile, also auch der Gehäuseeinsatz, werden symmetrisch zur Turbinenachse
ausgebildet. Die die radialen Spalte nach außen begrenzenden Turbinenteile werden
als zweiteilige Drehkörper hergestellt. Die äußeren Spaltbegrenzer, das sind also
die genannten Gehäuseeinsätze, nämlich die Leitschaufelträger und die Labyrinthstopfbüchsenschalen,
können durch Zentrierringe, die den Dichtungsdruck an den horizontalen Teilfugen
verursachen, zusammengehalten werden. Die zwischen den Stufengruppen sitzenden Regelstufen
können von der die vorhergehende Stufengruppe verlassenden Dampfmenge entweder umgangen
oder mittels besonderer Düsensätze beaufschlagt werden. Soll Anzapfdampf mit gleichbleibendem
Druck vor diesen Regelstufen entnommen werden, so werden die vom Abdampf der vorhergehenden
Stufengruppe durchströmten Düsensätze mit Regelorganen versehen, die durch einen
Druckregler beherrscht werden.
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Es ist bekannt, Dampfturbinen zum Antrieb von Kriegsschiffen nicht
nur für die volle Leistung auszubilden, sondern durch zusätzliche, vorgeschaltete
Stufen derart für Marschfahrt zu ergänzen, daß bei der Marschleistung, die etwa
dem zehnten Teil der Höchstlast entspricht, ein annehmbarer Wirkungsgrad erzielt
wird. Diese vorgeschalteten Stufen werden entweder bei der vollen Fahrt abgeschaltet
oder schalten sich bei der Vervielfachung der Dampfmenge von selbst ab. Enthalten
sie eine Regelstufe, so tritt diese bei Marschfahrt an die Stelle der Regelstufe
der Hauptturbine. Diese zusätzlichen Stufen bewirken nur eine Verbesserung der Entspannungsverhältnisse
bei der kleinen Teilleistung der Marschfahrt, die bei Landturbinen etwa dem Leerlauf
des Turboaggregates entspricht. Sie haben also zu der hier gestellten Aufgabe keine
Beziehung.
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Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele mit zwei Regelstufen. Abb.
i zeigt eine Ausführungsform inTrommelstufenbauart. Darin stellen a und b zwei Regelstufen
dar, die zusammen mit der Schaufelung d und e zwei hintereinandergeschaltete
Stufengruppen bilden. Der Frischdampf strömt beiden Stufengruppen unmittelbar zu,
derart, daß bei kleiner Leistung die Düsensätze der Regelstufe a, bei größerer Leistung
auch diejenigen der Regelstufe b von Frischdampf durchströmt werden. Der Zwischendruck,
auf den die Stufengruppe a, d
arbeitet, steigt an, wenn auch der Regelstufe
b Frischdampf zugeführt wird. Die Stufen d werden derart für Teillast ausgelegt,
daß sie auch dann günstig arbeiten. Die Stufen d und e werden im Ausführungsbeispiel
unmittelbar hintereinander durchströmt. Es können aber auch in der Regelstufe b
außer den Frischdampfdüsen noch Düsensätze für den Abdampf aus der Stufengruppe
a, d
vorgesehen werden; sie sind in der Abb. i nicht dargestellt. In diesem
Falle würde zwischen der Schaufelung d und dem Laufrad der Regelstufe b eine Abdichtung
auf der Welle g eingeschaltet sein. Das Turbinengehäuse c enthält außerdem die Schaufelgruppe
f, den Entlastungskolben h und die Stopfbüchsen i und h.
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In Abb. 2 ist eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgedankens
dargestellt, bei der die Kammerbauart für sämtliche Turbinenstufen gewählt wurde.
Die Bezeichnungen sind dieselben wie in Abb. i. Die Abdichtungen in den Zwischenböden
sitzen in zweiteiligen Rotationskörpern, die wärmebeweglich in den Zwischenböden
auf einer radial vorstehenden Schulter aufliegen.
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Abb. 3 stellt eine Ausführungsform dar, in der die erste der Stufengruppen,
denen Zwischendampf zugeführt wird, nach der Kammerbauart, die zweite nach der Trommelbauart
ausgebildet ist. Zur Aufnahme des Axialschubes des Trommelteiles dient der Entlastungskolben
ü. Die erste Stufengruppe ist mit ihrer Regelstufe und den ihr benachbarten Abdichtungen
zusammen in einem besonderen Gehäuseeinsatz Y untergebracht, so daß das Turbinengehäuse
dem Druck hinter der ersten Stufengruppe als Höchstdruck ausgesetzt ist.
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Außerdem ist in Abb. 3 auch vorgesehen, daß hinter der ersten Stufengruppe
Dampf von gleichbleibendem Druck und wechselnder 'Menge entnommen werden soll. Zu
diesem Zweck ist der Zwischenboden xvorhanden, vor dem der Zwischendampf durch nicht
gezeichnete Stutzen entnommen wird. Die zweite Regelstufe enthält außer den Düsensätzen
für den Frischdampf auch solche für den Abdampf aus der ersten Stufengruppe, deren
Zu- und Abschaltung unter dem Einfluß eines Druckreglers stehen kann.
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In der Abb. 4 ist in drei Kurven die Verbesserung des Wirkungsgrades
durch den Erfindungsgedanken dargestellt. Darin sind als Abszisse die Dampfmengen
in Tonnen je Stunde, als Ordinate die effektiven Wirkungsgrade oje in Hundertteilen
aufgetragen. Kurve a. stellt den Wirkungsgrad einer Vorschaltturbine oder einer
Gegendruckturbine oder des Hochdruckteiles einer Anzapfturbine dar, ausgelegt nach
dem üblichen Vorgehen für höchsten Wirkungsgrad bei einer der Höchstlast nahen Belastung.
Dabei wurde eine einkränzige Regelstufe verwendet. Durch Verwendung einer zweikränzigen
Regelstufe und Auslegung der Turbine für eine kleinere Last erreicht man die Wirkungsgrade,
die in Kurve b dargestellt sind. Verwendet man gemäß der Erfindung zwei Regelstufen
mit sachgemäßer Unterteilung des Gefälles auf die Stufengruppen der Turbinen, denen
Frischdampf zugeführt wird, und bei günstiger Verteilung der Frischdampfdüsensätze
auf die beiden Regelstufen, so erreicht man die Wirkungsgrade nach Kurve c. Die
großen wirtschaftlichen Vorteile des Erfindungsgedankens, die durch eine nur
geringe
Erhöhung der Herstellungskosten erreicht werden, gehen aus dem Vergleich dieser
Kurven hervor.