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Dampf- oder Gasturbine mit axial zueinander versetzten Schaufelgruppen
Es ist bereits bekannt, gegenläufige Dampf- oder Gasturbinen der radial be-aufschlagten
Gattung mit zwei oder mehreren axial zueinander versetzten Schaufelgruppen zu bauen,
die derart angeordnet sind, daß sie derReihe nach vom Treibmittel durchströmt werden.
Der Zweck solcher Bauart ist, die radiale Länge der Beschaufelung herabzusetzen
und den Wirkungsgrad der Turbine zu verbessern.
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Die Erfindung hat zum Zweck, eine zwei oder mehrere axial zueinander
versetzte Schaufelgruppen aufweisende Turbine zu schaffen, die unter Innehaltung
der eben erwähnten Vorteile einen besseren Dampfverbrauch und im Fall der Ausbildung
der Turbine als Anzapfturbine bessere Reglungsverhältnisse ergibt.
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Die Erfindung zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, daß die Schaufelgruppen
durch eine Labyrinthdichtung oder deren mehrere auf zwei getrennte Schaufelsysteme
aufgeteilt sind, .die von zwei getrennt zugeführten Strömen des Treibmittels parallel
durchströmt werden.
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Ein weiteres, Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Aufteilung
durch die Labyrinthdichtung auf zwei oder mehrere getrennte Schaufelsysteme nur
in dem Hochdruckgebiet der Turbine vorgesehen ist, in dem sämtlichen Hochdruckgruppen
ein gemeinsamer Hochdruckteil zugeordnet ist, der von Dampf aus einer oder mehreren
solchen Gruppen durchströmt werden kann.
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In der Zeichnung sind drei beispielsweisve! Ausführungsformen des
Erfindungsgegenstandes veranschaulicht.
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Fig. r ist ein axialer Schnitt eines Teils einer Turbine gemäß der
ersten Ausführungsform;
Fig. 2 ist ein axialer Schnitt eines entsprechen=
den.. Teils einer Turbine gemäß der zweiten Ausführungsform Fig. 3 und 4 stellen
Leistungskurven der Turbinen gemäß Fig. i bzw. 2 dar; Fig. 5 ist ein axialer Schnitt
eines Teils einer Turbine gemäß der dritten Ausführungsform.
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Es bezeichnen in Fig. 1 die Bezugsziffern i und :2 die beiden je für
eine Umdrehungsrichtung bestimmten Achszapfen. Der Achszapfen i trägt zwei Turbinenscheiben
3 und 4, von denen erstere auf einen konischen Endteil des Zapfens festgespannt
und letztere dadurch festgehalten wird, daß ihre verlängerte Nabe 5 im Hohlraum
des ausgebohrten Zapfens festgespannt ist. Der Achszapfen 2 trägt ebenfalls zwei
Turbinenscheiben 6 und 7, von denen nur die erstgenannte unmittelbar am Zapfen festsitzt,
während die andere mittelbar von der Turbinenscheibe G getragen: wird, und zwar
mit Hilfe eines trommelähnlichen Teils $, der aus einem Stück mit dem äußeren Umfang
der Turbinenscheibe 6 hergestellt und an dessen entgegengesetztes Ende die Turbinenscheibe
7 festgeschraubt ist.
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Der radial verlaufende Kanal zwischen den Turbinenscheiben 3 und 7
enthält eine Schaufelgruppe g, und der radial verlaufende Kanal zwischen. den Turbinenscheiben
4 und 6 enthält eine Schaufelgruppe io. Im radialen Kanal zwischen den Turbinenscheiben
7 und 4, der sonst eine Verbindung zwischen den Schaufelgruppen g und io darstellt
und dabei häufig selbst eine Schaufelgruppe enthält, ist an deren Stelle eine Labyrinthdichtung
i i vorgesehen, deren Tragplatten 12, 13 an den Scheiben 7 bzw. 4 befestigt sind.
Hierdurch werden die beiden Schaufelgruppen g und io voneinander getrennt, so daß
sie nicht mehr in einem zusammenhängenden Dampf- oder Gaskanal liegen, in dem sie
der Reihe nach vom Treibmittel durchströmt werden können. Vielmehr hat jede einzelne
Schaufelgruppe einen eigenen Einlaß und einen eigenen Auslaß. Zur Schaufelgruppe
g führt somit eine Reihe die Turbinenscheibe 3 durchsetzender Einlaßlöcher 14 von
einem im Turbinengehäuse vorgesehenen ringförmigen Kanal 15 aus, der das
Treibmittel, das im nachstehenden der Einfachheit wegen mit Dampf bezeichnet wird,
durch das Rohr 16 empfängt. Die Schaufelgruppe g mündet an ihrem äußeren Umfang
in den Ausdaß 17. Zum inneren Umfang der Schaufelgruppe io führt eine Reihe von
Bohrungen 18 in der Turbinenscheibe 6, die Dampf aus einem ringförmigen Kanal i9
empfangen, in den das Dampfrohr 2o mündet. Eine Reihe von Durchbrechungenz1 in der
Trommelwand 8 dient zur Verbindung des äußeren Umfanges der Schaufelgruppe io mit
einem vom Auslaß 17 getrennten Auslaß 22. Außerhalb der'ringförmigen Kanäle 15 und
ig sind Überlastungs- oder Dampfentnahmekammern g3 bzw. 24 vorgesehen.
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Die Trennung der beiden Auslässe 17 und 22 voneinander wird durch
die Labyrinthdichtungen 25, 26 bewirkt, deren. Axialdrücke einander im wesentlichen
das Gleichgewicht halten. Außer der bereits erwähnten Labyrinthdichtung @ii zwischen
den beiden Schaufelgruppen gibt es noch eine Labyrinthdichtung 27, die zwischen
dem feststehenden Turbinengehäuse und der Turbinenscheibe 3 vorgesehen ist, ebenso
wie eine Labyrinthdichtung 28, die zwischen dem feststehenden Turbinengehäuse und
der Turbinenscheibe 6 eingeschaltet ist. Die Labyrinthdichtüng i i dient nicht nur
zum Trennen der Schaufelgruppen g und io voneinander, sondern auch zur Ausgleichung
der beiderseitigenAxialdrücke auf die Schaufelgruppe io. Durch dieTurbinenscheibe4
und die Labyrinthplatte 13 hindurch führen Ausgleichslöcher 2g zu einem inneren
Punkt der Labyrinthdichturig i i, und zwar derart, daß die auf einem größeren Radius
als diese Löcher liegenden Teile der Labyrinthplatten 12, 13 annähernd den gleichen
inneren und äußeren Radius wie die Schaufelgruppe io aufweisen und somit den Axialdruck
derselben im wesentlichen ausgleichen können. Der auf der Schaufelgruppe g lastende
Axialdruck wird in bekannter Weise durch die feststehenden und umlaufenden Platten
der Labyrinthdichtungen 27 und 28 ausgeglichen. Ein Ausgleichkanal, der in der Zeichnung
durch die strichpunktierte Linie 3o angedeutet ist, verbindet die Kammern 23 und
24 untereinander, so daß etwa der gleiche Druck auf beiden Seiten mit Ausnahme der
inneren Teile der Labyrinthplatten herrscht. Unvermeidliche Unterschiede des Axialdruckes
werden durch Axiallager aufgenommen.
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Im Betrieb der oben beschriebenen Turbine wird ein Dampfstrom durch
das Rohr 16 dem ringförmigen Kanal 15 und von dort durch die Löcher 14 dem inneren
Umfang der Schaufelgruppe g zugeführt, um nach Abgabe seiner Energie an diese Schaufelgruppe
in den Auslaß 17 auszutreten. Ein anderer Dampfstrom wird durch das Röhr 2o dem
ringförmigen Kanal i9 und von dort durch die Bohrungen i:8 dem inneren Umfang der
Schaufelgruppe io zugeführt. Nachdem dieser Dampfstrom seine Energie an die Schaufelgruppe
io abgegeben hat, entweicht er durch den entsprechenden Auslaß 22. Die beiden Dampfströme,
die entweder den gleichen oder auch verschiedene Anfangsdrücke haben können,. werden
unabhängig voneinander gesteuert. Zweckmäßig werden die Dampfdrücke so. gewählt,
daß ein niedrigerer Gegendruck im Auslaß 17 als im Auslaß 22 erzielt wird. Durch
Rohre 31 läßt man den Dampf, der die Labyrinthdichtungen 26 und 2& durchströmt
hat, in den den niedrigeren Gegendruck aufweisenden Auslaß 17 austreten.
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Die oben beschriebene Turbine gibt bessere Reglungsverhältnissie als
die bisher bekannten, zwei Gegendrücke aufwe@iseriden Turbinen, die sogenannten
Anzapfturbinen.
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In den bisher bekanntenTurbinen dieser Gattung, die reit Drosselreglung
arbeiten, hat der Dampfstrom zweimal eine Drosselung erfahren, und zwar zunächst
im Einlaß des Hochdruckgebietes und dann im Einlaß des Niederdruckgebietes nach
Entnahme eines Teils des Dampfes. Dies hat zu Verlusten geführt, teils wegen der
Drosselungen an sich; da diese zufolge der Reglungsgesebwindigkeit
nicht
beliebig klein gewählt «-erden können, teils, und vor allem bei Teil.belastung.en,
da die Aufteilung der Entspannung auf zwei Abschnitte den Wirkungsgrad der Teilbelastungen
beeinträchtigt.
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Die Verbesserung ist in Fig. 3 graphisch veranschaulicht, die die
Kurve des Dampfverbrauchs bei Drosselreglung darstellt. In Turbinen mit in Reihe
geschalteten Schaufelgruppen folgt die ganze Turbinenleistung der Kurve a.. In.
einer erfindungsgemäßen Turbine aber folgt nur das dem höheren Druck entgegenwirkende
kleinere Schaufelsystem io der Kurve a. Das größere Schaufelsystem 9 dagegen, das,
den hauptsächlichen Teil der Leistung erzeugt, folgt der günstigeren Kurve b.
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In Fig. 2 ist die Verwendung der Erfindung an einer reinen Gegendruckturbine
veranschaulicht. In diesem Fall haben die beiden Schaufelgruppen einen gemeinsamen
Auslaß. Durch das Wegfallen des besonderen Auslasses der Schaufelgruppe io werden
auch die Labyrinthdichtungen zwischen den beiden Auslässen entbehrlich. Die übrigen
Teile der Turbine sind entsprechend wie in Fig. i bezeichnet.
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Auch in diesem Fall können die Zuflußdrüche des Dampfes ungleich sein,
und man erhält also eine Zweidruckturbine. In einer reinen Gegendruckturbine sollen
die betreffenden Drücke aber bei voller Belastung gleich groß sein. Die Schaufellängen
werden :dabei so bemessen, daß das kleinere Schaufelsystem io bis zu 50% der ganzen
Leistung und das Schaufelsystem 9 den übrigen Teil der Leistung liefern kann.
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Der Dampfverbrauch dieser Turbine ist in Fig. 4 graphisch dargestellt.
Die Kurve d hat Bezug auf das System 9 mit Abzug der Leerlaufverluste im System
io, die Kurve c gilt für das System io mit Abzug der Leerlaufverluste im System
9, und die Kurve c gilt für eine ungeteilte Turbine mit ge-Svöhnlicher Drosselreglung.
Durch entsprechende Verteilung des Dampfes zwischen den beiden Schaufelsystemen
9 und io kann man unter Parallelschaltung der beiden Systeme der Erfindung gemäß
einen Dampfverbrauch entsprechend der punktierten Linie, die, teilweise mit d und
e zusammenfällt, erreichen.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 umfaßt die Aufteilung der Schaufeln
auf zwei oder mehrere axial zueinander versetzte, je durch einen getrennten Dampfstrom
bewegte Schaufelgruppen nur das Hochdruckgebiet der Turbine. Im Niederdruckgebiet
dagegen ist nur eine einzige Schaufelgruppe vorhanden, die sämtlichen Gruppen des
Hochdruckgebietes gemeinsam ist und Dampf aus einer oder mehreren dieser Gruppen
empfangen kann.
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Die Zapfen und Turbinenscheibven sind ähnlich denjenigen der bereits
beschriebenen Ausführungsformen und mit den gleichen Bezugsziffern wie dieselben
versehen.
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Die zwischen den Turbinenscheiben 3 und, 7 vorgesehene Schaufelgruppe
ist in zwei Untergruppen aufgeteilt, und zwar eine innere oder Hochdruckgruppe 91
und eine äußere oder Niederdruckgruppe 92. Die Hochdruckgruppe 91 hat etwa die gleiche
radiale Bemessung wie die Schaufelgruppe i o. Die Schaufelgruppen 91 und io haben
je Leineneigenen Kranz vonEinla.ßöffnungen 14bzw. 18. Die Schaufelgruppe io. aber
hat keinen eigenen Auslaß, da die trommelähnliche Querverbindung 8 zwischen den
Turbinenscheiben6 und 7 keine Durchbrechungen, wie 21 in Fig. i, aufweist. Anstatt
dieser weist die Turbinenscheibe 7 eine Reihe von Durchbrechungen 32' auf,
die den. axialen Ringkanal 33 zwischen der Turbinenscheibe d. und der Labyrinthdichtung
i i einerseits und der Trommelwand 8 andererseits mit dem Zwischenraum 37 zwischen
den Teilgruppen 91 und 92 verbinden.
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Der aus der Schaufelgruppe io austretende Dampf mischt sich somit
im Zwischenraum 34 mit dem etwa aus der Schaufelgruppe 91 gelangenden Dampf und
strömt dann zusammen. mit diesem durch die gemeinsameNiederdruckschaufelgruppe92
hindurch. Die Einrichtung ist auch so getroffen, daß dem Zwischenraum 3,4 entweder
Überlastungsdampf zugeführt oder Dampf für Verbrauchszwecke entnommen werden kann.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Hochdruckteils der Turbine
als parallele, getrennt gespeiste Schaufelgruppen wird eine Turbine geschaffen,
die es ermöglicht, den Hochdruckteil partial zu regeln, teilweise zu beaufschlagen,
was im Fall von Teilbelastungen eine Verbesserung des Wirkungsgrades bedeutet. Bei
kleinen Teilbelastungen wird Dampf durch die Einlaßöffnungen i8 zugeführt, während
die Dampfzufuhr durch die Löcher i¢ gleichzeitig unterbrochen ist. Der durch 18
zugeführte Dampf strömt somit durch die Gruppen io und 92 unter Energieabgabe an
die Schaufeln dieser Gruppen. Im Fall größerer Belastungen wird Dampf durch die
Löcher 14 zugeführt, während die Zufuhr durch die Öffnungen 18 unterbrochen ist.
In diesem Fall entspannt sich der Dampf in den Teilgruppen 91 und 92. Im Fall noch
größerer Belastungen wird Dampf beiderseitig, und zwar sowohl durch die Öffnungen
14 als auch durch die Öffnungen i8 zugeführt, so daß paralleleDampf ströme den bei
denHochdruckgruppen91 und io zugeführt und die Niederdruckgruppe 92 gemeinsam durchströmen
-,verden.
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Selbstverständlich kann die Anzahl der Schaufelgruppen der Turbine
und ihre Aufteilung auf getrennte Schaufelsysteme beliebig geändert werden, ohnedaß
vom WesenderErfindung abgewichen wird.