DE492566C - Piston steam engine with downstream exhaust steam turbine - Google Patents

Description

Kolbendampfmaschine mit nachgeschalteter Abdampfturbine Gegenstand der Erfindung ist eine Kolbendampfmaschine mit nachgeschalteter Abdampfturbine, bei der die Abdampfturbine über ein Übersetzungsgetriebe und eine Kupplung auf die Welle der Kolbendampfmaschine arbeitet, insbesondere für Schiffsmaschinenanlagen.Piston steam engine with downstream exhaust steam turbine subject the invention is a piston steam engine with downstream exhaust steam turbine, in which the exhaust turbine via a transmission gear and a clutch on the The piston steam engine shaft works, especially for marine engine systems.

Es ist bekannt, eine Kolbendampfmaschine und eine Abdampfturbine unter Zwischenschaltung eines Übersetzungsgetriebes auf dieselbe Welle arbeiten zu lassen. Auch ist bekannt geworden, eine hydraulische Friktionskupplung oder elastische Kupplung zwischen Turbine und Übersetzungsgetriebe einzuschalten. Alle Bemühungen aber, eine solche Anlage gewerblich verwertbar zu gestalten, blieben ohne Erfolg. Erst die vorliegende Erfindung beseitigt die seitherigen Schwierigkeiten.It is known to include a piston steam engine and an exhaust steam turbine To let the interposition of a transmission gear work on the same shaft. A hydraulic friction clutch or elastic clutch has also become known to be switched between the turbine and the transmission gear. But all efforts, one Making such a system commercially usable remained unsuccessful. First the The present invention overcomes the previous difficulties.

Die Erfindung besteht darin, daß die Kupplung als Flüssigkeitsgetriebe ausgebildet ist. Der Verbindung einer Kolbendampfmaschine mit einer Abdampfturbine derart, daß die Abdampfturbine auf die Welle der Kolbendampfmaschine arbeitet, treten erhebliche praktische Schwierigkeiten entgegen. Die Schwierigkeiten liegen darin, die Betriebsbedingungen einer schnellaufenden Turbine mit einer langsam laufenden Kolbendampfmaschine in Einklang zu bringen und die Leistung dieser beiden verschiedenartigen Maschinen auf einer Welle zu vereinigen. Zu diesem Zweck wird zwischen der Abdampfturbine und dem großen Getriebezahnrad auf der Schraubenwelle, die mit der Welle der Kolbendampfmaschine fest verbunden ist, gemäß der Erfindung ein Flüssigkeitsgetriebe eingeschaltet. Allein hierdurch ist es möglich, die mit einem bestimmten Ungleichförmigkeitsgrad arbeitende Kolbendampfmaschine, die bei jeder Umdrehung die Winkelgeschwindigkeit von einem Minimum auf ein Maximum ändert, mit einer schnellaufenden Abdampfturbine, die infolge ihrer hohen Drehzahl und der daraus resultierenden Schwungmomente einer solchen Änderung der Winkelgeschwindigkeit nicht folgen kann, zu kuppeln, ohne Gefahr zu laufen, eine Zerstörung der Maschinenanlage herbeizuführen. Ein Flüssigkeitsgetriebe, bei der die Flüssigkeit selbst durch Beschleunigung in dem Primärteil oder Verzögerung in dem Sekundärteil des Getriebes als Arbeit übertragendes Medium zur Anwendung kommt, ist nämlich imstande, die Energien, die bei dem Verzögerungsvorgang der Kolbendampfmaschine von der Turbine überschüssig abgegeben werden, aufzunehmen, um sie beim Beschleunigungsvorgang der Kolbendampfmaschine an diese wieder abzugeben, ohne daß dabei die beiden verschiedenartigen Maschinen in Schwingungen geraten, die eine große Abnutzung der Zähne veranlassen oder zum Bruche der Zahnräder oder selbst der Welle führen würden.The invention consists in that the clutch as a fluid transmission is trained. The connection of a piston steam engine with an exhaust steam turbine in such a way that the steam turbine works on the shaft of the piston steam engine contrary to considerable practical difficulties. The difficulty lies in the operating conditions of a high-speed turbine with a low-speed one Reconciling piston steam engine and the performance of these two different types Unite machines on one shaft. For this purpose, between the exhaust turbine and the large gear wheel on the screw shaft that connects to the shaft of the piston steam engine is firmly connected, switched on according to the invention, a fluid transmission. This alone makes it possible for those with a certain degree of non-uniformity working piston steam engine, the angular velocity with each revolution changes from a minimum to a maximum, with a high-speed exhaust steam turbine, due to their high speed and the resulting moments of inertia such a change in angular velocity cannot follow, to couple without danger to cause a destruction of the machinery. A fluid transmission, in which the liquid itself due to acceleration in the primary part or deceleration in the secondary part of the transmission as a work-transmitting medium for use comes, is namely able to use the energies in the deceleration process of the piston steam engine Excess emitted by the turbine, to be absorbed during the acceleration process the piston steam engine to this again, without the two different types Machines start vibrating, which cause a great deal of wear and tear on the teeth or break the gears or even the shaft.

Dieser Vorgang macht sich ganz besonders bei schwerem Seegang, d. h. also beim Stampfen des Schiffes, bemerkbar, da bei ausgetauchter Schraube die Kolbendampfmaschine ihre Leistung durch das Flüssigkeitsgetriebe an die Abdampfturbine und das Rädergetriebe abgibt und dadurch zur Beschleunigung dieser Massen dient, wodurch einesteils das Durchgehen der Kolbendampfmaschine verhindert wird und andererseits die so aufgespeicherte Energie bei wieder eingetauchter Schraube zur Fortbewegung des Schiffes nutzbar gemacht wird.This process is particularly useful in heavy seas, i.e. H. so when pitching the ship, noticeable because when the screw is unscrewed the Piston steam engine their performance through the fluid transmission to the exhaust steam turbine and the gear train and thereby accelerate it This mass is used, which on the one hand prevents the piston steam engine from running away and on the other hand the energy stored in this way when the screw is re-immersed is made usable for the movement of the ship.

Bei Kolbendampfmaschinen mit Abdampfturbinen ist es von grundlegender Bedeutung, die Abdampfturbine während des Manövrierens abschalten zu können und nach Beendigung des Manövrierens wieder einzuschalten.In the case of piston steam engines with exhaust steam turbines, it is more fundamental Importance of being able to switch off the exhaust turbine while maneuvering and turn it on again after maneuvering.

Eine schnellaufende Abdampfturbine, die mit etwa 3ooo bis 5000 Umdrehungen in der Minute läuft, ist, wie besonders im Schiffsbetriebe beim Manövrieren erforderlich, nur unter ganz schwierigen Bedingungen in kurzer Zeit von Vorwärtsgang auf Rückwärtsgang umzusteuern, während eine langsam laufende Kolbendampfmaschine imstande ist, dieses Manöver in einer ganz kurzen Zeit auszuführen.A high-speed exhaust steam turbine that rotates around 3,000 to 5,000 revolutions runs per minute, as is particularly necessary in ship operations when maneuvering, only under very difficult conditions in a short time from forward gear to reverse gear reverse direction, while a slow-running piston steam engine is able to do this Perform maneuvers in a very short time.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß beim reinen Turbinenantrieb die Havarien an den Turbinen zum größten Teil da herrühren, daß beim Umsteuern der Dampfwege der in die Turbine strömende Rückwärtsdampf auf die noch mit einer sehr großen Umfangsgeschwindigkeit in Vorwärtsrichtung drehenden Schaufeln der Rückwärtsräder trifft und dadurch außerordentlich hohe Beanspruchungen der Schaufeln erzeugt, die leicht zum Bruche derselben führen. Hinzu kommt noch, daß der hochgespannte und daher sehr heiße Dampf plötzlich auf eine ganz kalte Turbine trifft, die seither im Vakuum gelaufen ist und daher zu unzulässigen und ungleichmäßigen Erwärmungen des Läufers und des Turbinengehäuses führt, die dadurch noch gesteigert werden, daß zu der Wärme des Dampfes noch der Wärmezuwachs der Bremsarbeit kommt, wodurch weiter die Gefahr der Havarie erhöht wird. Infolgedessen ist eine Dampfturbine nicht imstande, bei der Kombination von Kolbendampfmaschine mit Abdampfturbine der Kolbendampfmaschine beim Manövrieren folgen zu können. Ist zwischen Kolbendampfmaschine und Abdampfturbine ein Rädergetriebe eingeschaltet, so würden auch infolge der hohen Beschleunigungsdrücke und der großen Schwungmomente der Dampfturbine die Zahndrücke beim Umsteuern der Kolbendampfmaschine eine ganz unzulässig hohe Beanspruchung ergeben, die unbedingt zum Bruche der Zahnräder führen würde. Hieraus folgt, daß es unumgänglich notwendig ist, bei der Kombination von Kolbendampfmaschine und Abdampfturbine die Abdampfturbine beim Manövrieren von der Welle der Kolbendampfmaschine abzukuppeln und erst wieder nach vollendetem Manövrieren einzuschalten. Dabei ist aber zu beachten, daß sich der Ausschaltungsvorgang in einer denkbar kurzen Zeit vollzieht, damit die Kolbendampfmaschine in ihrer für den Schiffsbetrieb so sehr wichtigen, guten Manövrierfähigkeit nicht behindert wird und andererseits, daß der Zuschaltungsvorgang zu der bereits im Vorwärtsgang befindlichen Kolbendampfmaschine sich ganz allmählich vollzieht, damit die zulässige Beanspruchung der Zähne oder der Turbinenschaufeln nicht überschritten wird. Um den Ausschaltungsvorgang der Abdampfturbine in einer möglichst kurzen Zeit bewerkstelligen zu können, wird die Flüssigkeit am Umfang des Flüssigkeitsgetriebes zum Ausfließen gebracht. Infolge der Zentrifugalkraft der Flüssigkeit hat diese das Bestreben, aus dem Getriebe zu entweichen, d.h. die Kupplung zu lösen, sofern man der Flüssigkeit den Weg hierzu freigibt.It is a known fact that in pure turbine propulsion the Damage to the turbines is largely due to the fact that the steam paths are reversed the backward steam flowing into the turbine still has a very high peripheral speed In the forward direction rotating blades of the reverse wheels hits and therefore extraordinarily generates high stresses on the blades, which easily lead to breakage of the same. In addition, the high tension and therefore very hot steam suddenly appears a very cold turbine, which has been running in a vacuum since then, applies impermissible and uneven heating of the rotor and the turbine housing leads, which are increased by the fact that, in addition to the heat of the steam, the There is an increase in heat from the braking work, which further increases the risk of an accident will. As a result, a steam turbine is unable to combine Piston steam engine with exhaust turbine of the piston steam engine when maneuvering to be able to follow. Is a gear train between the piston steam engine and the exhaust steam turbine switched on, so would also as a result of the high acceleration pressures and the large Inertia of the steam turbine, the tooth pressures when reversing the piston steam engine result in a very inadmissibly high stress, which inevitably leads to breakage of the gears would lead. It follows from this that it is absolutely necessary when combining of piston steam engine and exhaust turbine the exhaust turbine when maneuvering uncouple the shaft of the piston steam engine and only again after maneuvering has been completed to turn on. It should be noted, however, that the deactivation process is in takes a very short time, so that the piston steam engine in their for good maneuverability, which is so very important to the operation of the ship, is not hindered and on the other hand, that the switching process to the one already in forward gear Piston steam engine takes place very gradually, so that the permissible stress the teeth or the turbine blades is not exceeded. To the switch-off process to be able to accomplish the exhaust steam turbine in as short a time as possible caused the liquid to flow out at the circumference of the liquid gear. As a result the centrifugal force of the fluid has the tendency to get out of the gearbox escape, i.e. to loosen the coupling, provided that the fluid has the way to do so releases.

Um eine schnellaufende Abdampfturbine von etwa 5ooo Umdrehungen in der Minute mit einer langsam laufenden Kolbendampfmaschine von etwa 6o bis 70 Umdrehungen in der Minute während des Betriebes der Kolbendampfmaschine zu kuppeln, sind außerordentliche, große Beschleunigungsmomente zu überwinden. Diese Momente werden um so größer, je kürzer die Zeit des Einkuppelns, d. h. die Beschleunigung der Massen der Turbine von o auf 5ooo Umdrehungen ist. Da die Abmessungen der Zähne des Getriebes jedoch nur einen ganz bestimmten Anpressungsdruck zulassen, bei dessen Überschreitung die Zähne zerstört werden, so ist es erforderlich, diese Zeit der Beschleunigung für alle Fälle so mit absoluter Sicherheit auf ein ganz bestimmtes Mindestmaß zu begrenzen, d.h. es unbedingt sicherzustellen, daß beim Einkuppeln die Maximalbeanspruchung der Zähne nie überschritten wird. Nur mit Hilfe eines Flüssigkeitsgetriebes ist es möglich, die Füllungszeit auf ein bestimmtes Mindestmaß zu beschränken, daß der maximal zulässigen Beanspruchung der Zähne entspricht.To get a high-speed exhaust steam turbine of about 5,000 revolutions in the minute with a slow-running piston steam engine of about 60 to 70 revolutions Coupling in the minute during operation of the piston steam engine are extraordinary, to overcome large acceleration moments. These moments get bigger the more shorter engaging time, d. H. the acceleration of the masses of the turbine from o to 5,000 revolutions. As the dimensions of the teeth of the gearbox, however allow only a very specific contact pressure, if it is exceeded the Teeth are destroyed so it is necessary to accelerate for this time to limit all cases to a certain minimum with absolute certainty, i.e. it is essential to ensure that the maximum load is applied when the clutch is engaged of teeth is never exceeded. Only with the help of a fluid gear is it is possible to limit the filling time to a certain minimum that the corresponds to the maximum permissible stress on the teeth.

Weiter ist es von grundlegender Bedeutung, daß der Dampf bei abgekuppelter Turbine nach dem Kondensator geleitet und der Abdampfturbine erst dann zugeführt wird, wenn diese mit der Welle der Kolbendampfmaschine gekuppelt ist, da im anderen Falle bei nicht gekuppelter Abdarnpfturbine diese eine unzulässige, hohe Drehzahl erreichen und zerstört würde.It is also of fundamental importance that the steam when disconnected Turbine passed after the condenser and only then fed to the exhaust turbine if this is coupled with the shaft of the piston steam engine, as in the other If the disconnection turbine is not coupled, this is an inadmissible, high speed would reach and destroy.

Es ist zweckmäßig, das Flüssigkeitsgetriebe auf der ersten Vorgelegewelle anzuordnen, damit bei ausgeschalteter Kupplung während des Umsteuerns oder Manövrierens der Kolbendampfmaschine nur das langsam laufende Ritzel der Vorgelegewelle mitläuft, während das schnellaufende Ritzel und die Turbine abgeschaltet sind.It is useful to have the fluid transmission on the first countershaft to arrange so with the clutch switched off while reversing or maneuvering the piston steam engine only the slow-running pinion of the countershaft runs while the high-speed pinion and the turbine are switched off.

Auf der beiliegenden Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.The invention is illustrated by way of example in the accompanying drawing.

Die Kolbendampfmaschine arbeitet als Hauptmaschine I auf die schraubenwelle oder Verlängerung der Kurbelwelle 2 des Schiffes. Der Abdampf der Kolbendampfmaschine I strömt zur weiteren Ausnutzung der Energie in die Abdampfturbine 3. Diese gibt ihre Leistung über Vorgelege 4, Flüssigkeitsgetriebe 5 und Vorgelege 6 ebenfalls an die Schraubenwelle 2 ab.The piston steam engine works as the main engine I on the screw shaft or extension of the crankshaft 2 of the ship. The exhaust steam of the piston steam engine I flows into the exhaust steam turbine 3 for further utilization of the energy their performance via countershaft 4, fluid transmission 5 and countershaft 6 as well on the screw shaft 2.

Durch die Verwendung des Flüssigkeitsgetriebes 5 werden die vorstehend angeführten Vorteile erreicht.By using the fluid gear 5, the above mentioned advantages achieved.

Während also die Kolbendampfmaschine den größten Teil der Arbeit unmittelbar, d. h. ohne Arbeitsverlust, an die Schraubenwelle abgibt, wird die zusätzliche Arbeitsleistung der Abdampfturbine durch das Flüssigkeitsgetriebe und das Rädergetriebe auf die gleiche Welle gebracht. Die Abmessungen und damit die Kosten und der Raumbedarf der Maschinenanlage werden verhältnismäßig klein.So while the piston steam engine does most of the work directly, d. H. without loss of work to the screw shaft, the additional work the exhaust turbine through the fluid transmission and the gear train to the brought the same wave. The dimensions and thus the costs and the space required of the machinery are relatively small.

Beim Umsteuern der Anlage auf rückwärts wird die Turbine zweckmäßig ausgeschaltet. Die Erfindung kann auch für ortsfeste Anlagen Verwendung finden.When reversing the system to reverse, the turbine is useful switched off. The invention can also be used for stationary systems.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: I. Kolbendampfmaschine mit nachgeschalteter Abdampfturbine, bei der die Abdampfturbine über ein übersetzungsgetriebe und eine Kupplung auf die Welle der Kolbendampfmaschine arbeitet, insbesondere für Schiffsmaschinenanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung als Flüssigkeitsgetriebe ausgebildet ist. PATENT CLAIMS: I. Piston steam engine with downstream exhaust steam turbine, in which the exhaust turbine is connected to the The shaft of the piston steam engine works, especially for ship engine systems, characterized in that the coupling is designed as a fluid transmission. 2. Kolbendampfmaschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsgetriebe zwischen dem Ritzel der Abdampfturbine und dem Ritzel des ersten Vorgeleges zweckmäßig auf der ersten Vorgelegewelle angeordnet ist.2. Piston steam engine according to claim I, characterized in that the fluid transmission between the pinion of the exhaust turbine and the pinion of the first back gear is expedient is arranged on the first countershaft.