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Turbine, insbesondere für Schiffsanlagen, mit Überbrückung von Stufen
Turbinenanlagen, insbesondere für Schiffe, die mit stark überhitztem Hochdruckdampf
betrieben werden, erfordern zwecks Beherrschung der Wärmedehnungen und aus Festigkeitsgründen
eine Verteilung des Gefälles auf mehrere, in der Regel drei Gehäuse. Wenn auch die
Ausbildung mehrerer kleiner Einzelturbinen erhebliche Vorteile bietet, so ist doch
eine Erschwerung, besonders hinsichtlich der Anordnung der Rohrleitungen und des
dadurch größeren Raumbedarfs vorhanden. Besonders unangenehm werden diese Verhältnisse,
wenn es bei Sonderanlagen, die in der Regel nur mit einem Bruchteil der Hauptmaschinenleistung
betrieben werden, nötig wird, eine weitere Einzelturbine anzuordnen, um auch bei
geringerer Leistung der Gesamtlage eine genügende Wirtschaftlichkeit zu erreichen.
Es müssen dann z. B. vier Einzelturbinen mit den dazugehörigen Rohrleitungen untergebracht
werden, wodurch der Raumbedarf noch weiter erhöht wird. Es treten bei dieser Anordnung
außerdem zwei weitere Nachteile auf. Die Hochdruckturbine erhält bei voller Maschinenleistung
den Dampf unter Umgehung der Marschturbine unmittelbar vom Kessel mit beispielsweise
6o Atm. und 4S0° C. Bei Marschleistung wird der Dampf vom Kessel aus zunächst der
Marschturbine zugeführt, in der er sich erheblich ausdehnt und dabei seine Temperatur
erniedrigt. Beim Eintritt in die dann im mittleren Entspannungsbereich liegende
Hochdruckturbine wird er beispielsweise bei einem Druck von 8 Atm. nur noch eine
Temperatur von 250° C haben. Das Gehäuse, insbesondere der Hochdruckturbine, wird
also bei den beiden Betriebszuständen verschiedene Wärmespannungen und Dehnungen
aufweisen, die bei den geringen Spalten in den Turbinen störend werden können.
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Weiterhin ist es bei der Anordnung einer besonderen Einzelturbine
für den Betrieb mit geringerer Leistung nötig, bei Übergang zu voller Leistung die
vorgeschaltete Einzelturbine abzuschalten, und zwar nicht nur im Dampfweg, sondern
auch in der mechanischen Verbindung mit der Gesamtlage. Andernfalls würde entweder
die vorgeschaltete Einzelturbine bei voller Leistung auf zu hohe Drehzahl kommen,
oder sie müßte, um diese zu vermeiden, mit vielen Stufen unnötig groß und schwer
gebaut werden. Das obenerwähnte Abschalten der vorgeschalteten Einzelturbine von
der mechanischen Verbindung mit der Gesamtanlage ist nun wiederum recht schwierig,
ebenso das Zuschalten bei Herabminderung der Leistung der Maschinenanlage von voller
auf geringe Leistung. Es wird ein wenn auch kurzzeitiger Stillstand der Gesamtanlage
zwecks Aus- oder Einrücken der vorgeschalteten Einzelturbine nötig sein. Dieser
Stillstand ist nicht zulässig, da dadurch der Wert der ganzen Anlage stark herabgesetzt
würde. Um dies zu vermeiden, sind bereits Einrichtungen vorgesehen worden, um das
Ein- und Ausschalten während des Betriebes möglich zu machen. Indessen sind diese
Einrichtungen verwickelt, teuer und erfordern zum Teil viel Raum und Gewicht. Durch
die Turbinenbauart gemäß der Erfindung sollen die geschilderten Nachteile überwunden
werden,
und zwar in einfacher, dabei betriebssicherer und gewichtsparender
Weise. Die Erfindung besteht darin, daß die Leitvorrichtungen der hinter der ersten,
bei allen t'ef triebszuständen beaufschlagten Stufe liegetl den Stufen in einem
besonderen Bauteil arige' ordnet sind, der gleichzeitig einen Umfüh= rungskanal
für den Dampf bei Überbrückung der mittleren Stufen aufnimmt.
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An Hand der Zeichnung soll der Gegenstand der Erfindung näher erläutert
werden. Dargestellt ist das Turbinengehäuse des ersten Entspannungsbereiches, aus
dem in der weiter unter geschilderten Weise der Dampf in das zweite und dann das
dritte Gehäuse einer z. B. über ein Getriebe auf die Propellerwelle eines Schiffes
arbeitenden Turbinenanläge gelangt.
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Die Turbine besteht aus dem Gehäuse 1, dem die Leitscheiben 3, 3',
3"ä 3... tragenden und den Umführungskänal d. aufnehmenden Bauteil 2, dem Düsenkasten
ä, der Welle 6 und den Stufen der Turbine 7, 8, 8`, 8", 8", 8"", 9, 9' und
dem Umschaltventil 1o. Der Bauteil 2 ist nur mit dem Ringansatz 11 in einer Ringnut
12 des Gehäuses 1 gelagert.
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Bei bekannten Turbinen, bei denen eine Überbrückung einer Stufengruppe
möglich ist, ist ein besonderer Umführungskanal außen amTurbinengehäuse vorgesehen.
Ebenso ist es bei derartigen Turbinen bekannt, die Zwischenböden der überbrückten
Stufe nicht in der äußeren Gehäusewandung zu führen, sondern in einem besonderen
Bauteil, der jedoch starr mit der Gehäusewandung verbunden ist.. Demgegenüber kann
der Bauteil 2, der selbständiges Glied der Maschine ist, völlig freisämtlichen Wärmedehnungen
folgen. Es können weder durch den sonst außen liegenden Dampfumführungskanal noch
durch die verschiedenen Temperaturen der Turbine bei verschiedenen Betriebszuständen
Spannungen zwischen diesem Bauteil und dem Gehäuse auftreten. Ebenso sind einseitige
Wärmedehnungen im Turbinengehäuse, die bei der bekannten Bauart durch einseitige
Anordnung des Umführungskanals außen am Gehäuse entstehen, vermieden.
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Weiterhin sind Turbinenbauarten bekannt, bei denen die Leitscheiben
in einem besonderen inneren Gehäuseteil untergebracht sind. Abgesehen von dem Fehlen
der Anordnung eines Umführungskanals bei diesen Anlagen ist dieser innere Gehäuseteil
an zwei Stellen im äußeren Gehäuse festgelegt. Durch Wärmedehnungen hervorgerufene
Spannungen sollen dabei durch eine in axialer Richtung biegsame Scheibe aufgenommen
werden.
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Mit Sicherheit wird allen hinsichtlich Vermeidung des Entstehens von
Spannungen und Sicherheit der Bauart zustellenden Anforderungen durch die der Erfindung
entsprechende Lagerung Rechnung getragen; wobei neben der Lagerung in einer Ringnut
eine weitere längs bewegliche Lagerung 13 vorgesehen .v rden kann: Sie wird dann
zweckmäßig nahe cjem Eintrittsende, d. h: nahe den ersten überhrÜckten Stufen 8,
8' und damit an der- Stelle der größten Erwärmung des Teils :2 angeordnet, während
die Lagerung in der Ringnut 12 nahe den letzten Stufen der Turbine, d. h. nahe dem
kältesten Teil der Turbine angebracht ist.
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Die längs verschiebliche Lagerung 13, die zweckmäßig in der Teilfuge
erfolgt, kann z. B. durch eine Feder gegen Verdrehung gesichert sein.
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Die Umschaltung von einer niedrigeren auf eine hohe Fahrtstufe oder
umgekehrt erfolgt durch Einstellen eines Ventils oder Schiebers in der Wandung des
Umführungskanals q. des inneren Bauteils. Es ist zwar bekannt; in dem außen am äußeren
Gehäuse einer Turbine der schon erwähnten Bauart liegenden Umführungskänal rin Ventil
anzuordnen. Diese Bauart ist aber in keiner Weise mit der hier vorgeschlagenen Anordnung
des Ventils in dem nunmehr innen, im inneren Gehäuse ohne Verbindung mit dem äußeren
Gehäuse liegenden Umführungskanal zu vergleichen. Der Einbau des Ventils wird so
vorgenommen, daß die durch Wärmedehnung auftretende Längenänderung des Bauteils
2 keine Wirkung auf die Lage des Ventils ausübt. Diese Anordnung bietet wiederum
unter völliger Freihaltung von Spannung durch Wärmedehnungen die Möglichkeit, einen
besonders einfachen Aufbau der Gesamtturbine einschließlich ihrer Regeleinrichtungen
vorzunehmen und diese so zu schalten, daß der Übergang , von einer Fahrtstufe auf
die andere durch die Einstellung nur des Hauptumsteuerventils möglich wird.
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Diese einfache Schaltmöglichkeit ist besonders wesentlich im Hinblick
auf die eingangs gemachten Ausführungen über die Betriebserfordernisse.
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Das Ventil ro, das durch die durch Wärmedehnungen erfolgenden Längenänderungen
des Bauteils 2 in seiner Lage nicht verändert werden soll, besteht beispielsweise
aus dein Ventilkörper 16, der den Ventilsitz 17 enthält, und dem Ventilteller 18.
Der Dichtungsdruck wird dabei von der mit Fenstern versehenen Einsatzbüchse selbst
aufgenommen und somit vom Bauteil e ferngehalten. Der Ventilkörper 16 ist bei rg
im Gehäuse 1 festgeführt, während die Abdichtung im Bauteil 2 mit dem nötigen Spiel
durch Kolbenringe 2o erfolgt.
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Die Wirkungsweise der Turbine ist folgende:
Bei geringer
Leistung, d. h. auch geringer Drehzahl der Turbinenanlage, wird der vom Kessel kommende
Frischdampf dem Düsenkasten 5 zugeleitet und beaufschlagt zunächst die erste Stufe
7 der Turbine. Das Ventil io ist, wie gezeichnet, geschlossen, der Dampf muß also
den Weg durch die Stufen B. 8', 8", 8"' und 8"" nehmen, um dann weiterhin durch
die Stufen 9, 9' in den Abdampfbogen 14 und von diesem aus über die nicht gezeichneten
weiteren z. B. zwei Einzelturbinen in den Kondensator zu gelangen. Bei-voller Leistung
tritt der Frischdampf wiederum durch den Düsenkasten 5 in die Turbine ein und beaufschlagt
wie bei Teillast die erste Stufe 7. Das Ventil io ist jetzt jedoch geöffnet, wie
punktiert dargestellt, und gibt den Weg durch die Öffnung 15 in den Umführungskanal
q. und von dort unter Umgehung der Stufen 8 bis 8"" in die Stufen 9, 9' frei. Während
im zuerst geschilderten Betriebsfall jede Stufe infolge der geringen Umfangsgeschwindigl:eit
nur ein geringes Gefälle verarbeiten kann, muß die Stufenzahl bei voller Fahrt (zweiter
Betriebsfall) verringert werden, um eine günstige Gefälleverteilung für jeden Fall
bei nunmehr wesentlich höherer Umfangsgeschwindigkeit zu erhalten, was in besonders
guter Weise bei Anwendung der vorliegenden Erfindung möglich ist.
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Durch die geschilderte, der Erfindung eigene Bauart wird erreicht,
daß ein einfacher und bequem herzustellender Bauteil, der leicht und sicher in das
Turbinengehäuse eingebaut werden kann, an die Stelle einer sonst nötigen umständlichen
Gußausführung tritt. Durch die Lagerung an nur einer Stelle, die etwa im kältesten
Teil der Turbine erfolgt, und die gegebenenfalls anzuordnende längs verschiebliche
Führung an der. Stelle der größten Erwärmung des eingesetzten Teils ist eine völlige
Sicherheit gegen dasAuftreten von Spannungen durch Wärmedehnung geschaffen. Ebenso
werden die Wärmedehnungen sowohl des Gehäuses wie des eingehängten Bauteils 2 bei
beiden Betriebszuständen annähernd gleich sein, da die Eintrittstemperatur des Dampfes
vor der ersten Stufe und die Temperatur am Eintritt in die Marschstufen oder im
Umführungskanal praktisch gleich sind. Durch die besondere Art des Einbaues des
Ventils io wird dieses von Spannungen frei gehalten.
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Der Aufbau des Gesamtturbinensatzes ist klar und übersichtlich und
die Zahl der Rohrleitungen weitgehend beschränkt.
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Aus der Abbildung ist zu ersehen, daß die Umschaltung von einer Schaltung
auf die andere jederzeit ohne vorherigen Stillstand der Turbine während der Fahrt
durch einfache Einstellung des Ventils io erfolgen kann, die zweckmäßig in unmittelbarer
Abhängigkeit von der Einstellung des Hauptumsteuerventils .erfolgt.
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Durch die besondere Art des Einbaues des Ventils io wird dieses von
Spannungen frei gehalten.