DE885850C

DE885850C - Multi-housing steam or gas turbine

Info

Publication number: DE885850C
Application number: DER1884D
Authority: DE
Inventors: Karl Dr-Ing Roeder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1943-05-14
Filing date: 1943-05-14
Publication date: 1953-08-10

Description

Mehrgehäuse-Dampf- oder Gasturbine Gegenstand des Patents 844 013 ist eine unter Last mit stark veränderlicher Drehzahl betriebene Dampf- oder Gasturbine, die Stufen aufweist, in denen die Leitschaufeln größere Austrittswinkel aufweisen als die Laufschaufeln.Multi-casing steam or gas turbine The subject of patent 844 013 is a steam or gas turbine which is operated under load at a highly variable speed and has stages in which the guide vanes have larger exit angles than the rotor blades.

Derartige Turbinen sollen z. B. über Getriebe auf die Achsen von Fahrzeugen arbeiten. Bei mehrgehäusiger Ausführung der Dampfturbine sollen die einzelnen Teilturbinen verschiedene Achsen oder Achsgruppen antreiben und auf diese bei allen Drehzahlen möglichst gleich große Drehmomente ausüben. Wird die eine Achse oder Achsgruppe von einer Teilturbine (der Hochdruckturbine), eine andere Achse oder Achsgruppe von einer anderen Teilturbine (der Niederdruckturbine) angetrieben, so ist die obengenannte Forderung nur bei unveränderlicher Belastung zu erfüllen. Bei Abnahme der arbeitenden Dampfmenge entsteht, insbesondere bei Düsenregelung, eine Verschiebung des Gefälles und damit auch der Leistung nach der Hochdruckteilturbine hin. Zum teilweisen Ausgleich dieser Leistungsverschiebung wurde bereits vorgeschlagen, beim Antrieb von n Achsen das Gefälle auf n -I- i Teilturbinen zu verteilen und die beiden den höchsten und den niedrigsten Druckteil des Gefälles verarbeitenden Teilturbinen zusammen auf die gleiche Achse arbeiten zu lassen. Andererseits entstehen bei Abnahme der Drehzahl infolge der geringeren Arbeitsleistung Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten in den Stufen. Zur Bekämpfung des damit verbundenen Nachteils wurde bereits vorgeschlagen, das Gefälle und die Dampfmenge bei der Baulast ungleichmäßig auf die Teilturbinen zu verteilen.Such turbines should z. B. work via gear on the axles of vehicles. In the case of a multi-housing design of the steam turbine, the individual turbine sections should drive different axes or groups of axes and exert torques that are as large as possible at all speeds. If one axle or group of axles is driven by a turbine section (the high-pressure turbine), and another axle or group of axles is driven by another turbine section (the low-pressure turbine), the above requirement can only be met if the load is constant. When the working amount of steam decreases, especially with nozzle control, there is a shift in the gradient and thus also in the output towards the high-pressure turbine section. To partially compensate for this shift in output, it has already been proposed to distribute the gradient to n -I- i turbine sections when driving n axes and to let the two turbines that process the highest and lowest pressure parts of the gradient work together on the same axis. On the other hand, when the speed is reduced, changes in the flow velocities occur in the stages as a result of the lower work performance. To combat the associated disadvantage, it has already been proposed to distribute the gradient and the amount of steam unevenly over the turbine sections during the construction load.

Gemäß der 'Erfindung wird bei Mehrgehäuse-Turbinen, deren Teilturbinen die Leistungen nicht an den gleichen Maschinenteil, sondern an verschiedene Teile, z. B. Fahrzeugachsen, abgeben, ein möglichst weitgehender Ausgleich in den Drehmomenten bzw. in der Umfangskraft bei den verschiedenen Betriebsverhältnissen dadurch erzielt, daß der Reaktionsgrad in den Teilturbinen verschieden groß gewählt wird.According to the 'invention, in multi-casing turbines, the turbine sections the services not to the same machine part, but to different parts, z. B. vehicle axles, give as much as possible compensation in the torques or in the circumferential force achieved in the various operating conditions, that the degree of reaction in the turbine sections is selected to be of different sizes.

Diese Bauregel verwendet zu diesem besonderen Zweck die Erkenntnis, daß das Anfahrmoment einer Schaufelung von ihrem Reaktionsgrad bei Baulast abhängig ist. Während das Anfahrmoment der Gleichdruckschaufelung kaum den zweifachen Betrag des bei günstigster Drehzahl auftretenden Drehmomentes erreicht, wächst das Verhältnis des Anfahrmomentes zu diesem Drehmoment mit der Größe des Reaktionsgrades, d. h. mit Vergrößerung der Austrittswinkel der Leitschaufeln gegenüber den Austrittswinkeln der Laufschaufeln, weit über den zweifachen Betrag hinaus.For this special purpose, these building rules use the knowledge that the starting torque of a blade depends on its degree of reaction to the construction load is. While the starting torque of the constant pressure shoveling is hardly twice the amount of the torque occurring at the most favorable speed is reached, the ratio increases the starting torque for this torque with the magnitude of the degree of reaction, d. H. with enlargement of the exit angle of the guide vanes compared to the exit angles of the blades, well over twice the amount.

Die Lösung der Aufgabe sieht also Stufen mit verschiedenem Reaktionsgrad vor, die der gestellten Forderung gemäß auf die Teilturbinen verteilt werden. In der Hochdruckteilturbine soll der Reaktionsgrad niedriger sein als in der Niederdruckteilturbine. Beispielsweise enthält die Hochdruckteilturbine Gleichdruckstufen mit Reaktionsgraden, die in der Nähe von Null liegen. Sie weisen kleinere Leitschaufel- und größere Laufschaufelaustrittswinkel auf. An Stelle der Gleichdruck- können Überdruckstufen verwendet werden, die mit gleichen Leit- und Laufschaufelaustrittswinkeln ausgestattet sind, deren Reaktionsgrade also in der Nähe von o,5 liegen. Bei der Niederdruckteilturbine wird demgegenüber der Mittelwert. aus den Reaktionsgraden der 'Stufen höher gelegt als in der Hochdruckteilturbine. Die ersten Niederdruckstufen können mit gleichen Leit- und Laufschaufelaustrittswinkeln, also mit einem Reaktionsgrad von etwa o,5 arbeiten, während die späteren Stufen mit größeren Austrittswinkeln in den Leit- als in den Laufschaufeln ausgestattet werden, also mit wesentlich höherem Reaktionsgrad arbeiten als o,5.The solution to the problem thus sees stages with different degrees of reaction before, which are distributed to the turbine sections according to the demand made. In the degree of reaction in the high-pressure turbine section should be lower than in the low-pressure turbine section. For example, the high-pressure turbine section contains constant pressure stages with degrees of reaction, that are close to zero. They have smaller guide vane and larger blade outlet angles on. In place of the equal pressure, overpressure stages can be used with the same guide and blade outlet angles are equipped, their degrees of reaction that is, they are close to 0.5. In contrast, the low-pressure turbine section the mean. from the degrees of reaction of the 'stages are set higher than in the high-pressure turbine section. The first low-pressure stages can be with the same guide and blade outlet angles, so work with a degree of reaction of about 0.5, during the later stages equipped with larger exit angles in the guide vanes than in the rotor blades be, so work with a much higher degree of reaction than o, 5.

Durch die vorgeschlagene Wahl der Reaktionsgrade, d. h. der Austrittswinkel von Leit- und Laufkranz, kann erreicht werden, daß die zum Anfahren erforderliche Dampfmenge in .den Teilturbinen für alle Achsen Anfahrmomente erzeugt, die praktisch gleich sind, so daß das sogenannte Schleudern eines Teiles der angetriebenen Achsen vermieden ist. Außer diesen gleichen Anfahrmomenten können auch die Drehmomente, die von den Teilturbinen bei den wichtigsten Fahrstufen auf die verschiedenen Achsen übertragen werden, insbesondere bei höchster Fahrt, praktisch gleich groß gemacht werden. Der gute Wirkungsgrad der Schaufelung mit hohem Reaktionsgrad und der flache Scheitel ihrer Wirkungsgradkurve kommen diesen Turbinen zugute. Die Zahl der Stufen bleibt trotzdem mäßig, da ein Teil der Stufen mit niedrigem Reaktionsgrad arbeitet. Da das Schleudern der von den Hochdruck- und Mitteldruckturbinen angetriebenen Achsen durch Öffnen von Umgehungsleitungen, bekämpft werden kann, soll das Anfahrmoment der Achsen, die von Niederdruckturbinen angetrieben werden, kleiner gehalten werden, da für sie Umgehungsleitungen vermieden werden sollen.The proposed choice of the degree of reaction, i. H. the exit angle of guide and running ring, it can be achieved that the required for starting The amount of steam in the turbine sections for all axes generates starting torques that practically are equal, so that the so-called skidding of part of the driven axles is avoided. In addition to these same starting torques, the torques that of the turbine sections at the most important speed levels on the various axes are transferred, especially at the highest speed, made practically the same size will. The good efficiency of the paddling with high degree of response and the flat These turbines benefit from the apex of their efficiency curve. The number of stages nevertheless remains moderate, since some of the stages operate with a low degree of reaction. Because the skidding of the axles driven by the high pressure and medium pressure turbines by opening bypass lines, the starting torque should be combated the axles, which are driven by low-pressure turbines, are kept smaller, since bypass lines should be avoided for them.

In Abb. i sind die Drehmomente der Treibachsen einer Lokomotive bei zweigehäusiger Antriebsturbine nach Abb. z und 3 in Abhängigkeit von der Drehzahl dargestellt. Bei Verwendung der vollen Dampfmenge und voller Geschwindigkeit ist die Aufteilung des Gefälles auf die beiden Gehäuse derart durchgeführt, daß gleiches Drehmoment an den angetriebenen Achsen oder Achsgruppen ausgeübt wird. Dieses Drehmoment ist mit iooo/o bezeichnet. Es ist angenommen, daß der Antrieb der Turbinen auf die Treibräder nach den Abb. z und 3 derart erfolgt, daß die Hochdruckturbine a und die Niederdruckturbine b über zweistufige Getriebe c die Treibachsen I und II bzw. III und IV antreiben. Da die Schaufelung der Hochdruckturbine d mit geringerem Reaktionsgrad ausgebildet ist als die Schaufelung der Niederdruckturbine b, so steigt die Drehmomentkurve a bei abnehmender Drehzahl weniger an als die Drehmomentkurve b'.In Fig. I the torques of the driving axles of a locomotive are at two-casing drive turbine according to Fig. z and 3 as a function of the speed shown. When using the full amount of steam and at full speed it is the division of the slope between the two housings is carried out in such a way that the same Torque is exerted on the driven axles or axle groups. This torque is marked with iooo / o. It is believed that the drive of the turbines on the Driving wheels according to Figs. Z and 3 takes place in such a way that the high-pressure turbine a and the low-pressure turbine b via two-stage gears c drive axes I and II or III and IV power. Since the blades of the high-pressure turbine d with a lower degree of reaction is designed as the blades of the low-pressure turbine b, the torque curve increases a with decreasing speed less than the torque curve b '.

Als höchste Dampfmenge; die unter günstigsten Verhältnissen beim Anfahren erforderlich sein wird, ist 55 % der vollen Dampfmenge angenommen. Die dieser ,Dampfmenge entsprechenden Drehmomentkurven sind mit ä' und b" bezeichnet. Während die Kurven für volle Dampfmenge, ä und b', sich bei höchster Drehzahl treffen, nähern sich die Kurven für die höchste Anfahrdampfmenge, ä' und b", bei niedrigster Drehzahl, also im Anfahrzustand. Dies wird durch die vorgeschlagene Wahl des Reaktionsgrades erreicht. Das Anfahrmoment beider Achsgruppen kann vollständig gleich gemacht werden. Die Abb. i zeigt, daß bei der Wahl des Reaktionsgrades derart vorgegangen ist, daß die Niederdruckturbine b beim Anfahren ein etwas kleineres Anfahrmoment auf die Achsgruppen III und IV ausübt als die Hochdruckturbine d auf die Achsgruppen I und II. Dadurch ist die Möglichkeit berücksichtigt, daß trotz des weitgehenden Ausgleiches der Drehmomente ein Schleudern der Achsen I und II auftreten könnte. Durch eine Umführungsleitung bekannter Art; durch die der Dampf unter Umgehung der Stufen der Teilturbine a in die Stufen der Teilturbine b gelangt, kann dieses Schleudern bekämpft werden.As the highest amount of steam; which will be required under the most favorable conditions when starting up, 55% of the full amount of steam is assumed. The torque curves corresponding to this amount of steam are denoted by ä 'and b ". While the curves for full steam amount, ä and b', meet at the highest speed, the curves for the highest starting steam amount, ä ' and b", approach at the lowest Speed, i.e. in the start-up state. This is achieved through the proposed choice of the degree of reaction. The starting torque of both axle groups can be made completely the same. Fig. I shows that when the degree of reaction was selected, the procedure was that the low-pressure turbine b exerts a slightly smaller starting torque on axle groups III and IV than the high-pressure turbine d on axle groups I and II. that despite the extensive compensation of the torques, axes I and II could skid. Through a bypass line of a known type; through which the steam reaches the stages of the turbine section b , bypassing the stages of the turbine section a, this skidding can be combated.

An Stelle der zwei hintereinandergeschalteten Teilturbinen a und b können auch drei und mehr Teilturbinen verwendet werden. Jede Teilturbine kann auch je eine Achse antreiben; sie können, wie auf Abb.3 angegeben, außerhalb der Treibräder oder auch zwischen den Treibrädern untergebracht werden.Instead of the two series-connected turbine sections a and b three or more turbine sections can also be used. Each turbine section can also drive one axle each; They can, as shown in Fig.3, outside the drive wheels or can also be accommodated between the drive wheels.

Abb. i enthält die Drehmomentlinien x und y, die fast waagerecht verlaufen und zeigen, daß beim Anfahren und Beschleunigen so vorgegangen werden kann, daß praktisch gleichbleibendes Drehmoment vom Anfahrzustand bis zur höchsten Fahrstufe ausgeübt wird.Fig. I contains the torque lines x and y, which run almost horizontally and show that when starting and accelerating, you can proceed in such a way that practically constant torque is exerted from the starting state to the highest gear.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Multi-casing steam or gas turbine running under Load is working with a strongly variable speed and stages with larger exit angles which has guide vanes as the rotor blades, according to patent 844013, characterized in, that by choosing different degrees of reaction in the stages of the turbine sections extensive compensation in the torques transmitted by the individual turbine sections is achieved over the entire load and speed range. a. Multi-housing steam or Gas turbine according to claim i, characterized in that in the downstream Low-pressure turbine sections the degree of reaction significantly exceeds the usual value of 0.5, while in the upstream high- and medium-pressure sub-turbines this value falls below or reached. 3. Multi-casing steam or gas turbine according to claim i, characterized in that in particular the starting torques of the turbine sections by corresponding choice of the degrees of reaction differ little from one another. d .. multi-housing steam or gas turbine according to claim i, characterized in that that of the low-pressure turbine The starting torque exerted is slightly smaller than the starting torque from the upstream High and medium pressure parts is exercised. 5. Multi-casing steam or gas turbine according to claim i, characterized in that the starting and accelerating at increasing steam volume and speed with practically constant torque be heard.