DE663207C - Turbine, especially for ship systems, with bridging of steps - Google Patents

Description

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.Turbine, especially for ship systems, with bridging of steps Turbine systems, especially for ships, which operate with highly superheated high-pressure steam are operated, require in order to control the thermal expansion and for reasons of strength a distribution of the gradient over several, usually three, enclosures. Even if the Training several small individual turbines offers considerable advantages, it is a complication, especially with regard to the arrangement of the pipelines and the thus greater space requirements are available. These conditions are particularly uncomfortable, when it comes to special systems, which usually only use a fraction of the main machine output be operated, it is necessary to arrange a further single turbine in order to also with lower performance of the overall situation to achieve sufficient profitability. It must then z. B. four individual turbines with the associated pipelines housed , whereby the space requirement is increased even further. It occurs with this arrangement also has two other disadvantages. The high-pressure turbine is maintained at full machine power the steam bypassing the marching turbine directly from the boiler with, for example 6o atm. and 4S0 ° C. When marching, the steam from the boiler is initially the March turbine fed, in which it expands considerably and thereby its temperature humiliated. When entering the central relaxation area For example, it becomes a high-pressure turbine at a pressure of 8 atm. only one more Have a temperature of 250 ° C. The housing, especially the high pressure turbine, is that is, different thermal stresses and strains in the two operating states have, which can be a nuisance in the small gaps in the turbines.

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.Furthermore, it is with the arrangement of a special single turbine necessary for operation with lower power, when switching to full power the switch off upstream single turbine, not only in the steam path, but also in the mechanical connection with the overall situation. Otherwise, either would the upstream single turbine is running at too high a speed at full power, or, in order to avoid this, it would have to be unnecessarily large and difficult with many steps be built. The above-mentioned shutdown of the upstream single turbine of the mechanical connection with the overall system is now again quite difficult, likewise switching on when the performance of the machine system is reduced from full on low performance. The entire system will come to a standstill, albeit a brief one be necessary for the purpose of disengaging or engaging the upstream single turbine. This Standstill is not permitted, as this greatly reduces the value of the entire system would. In order to avoid this, facilities have already been provided for the To make switching on and off during operation possible. However, these are Facilities are complex, expensive, and sometimes require a great deal of space and weight. By the turbine design according to the invention is intended to overcome the disadvantages outlined will, in a simpler, more reliable and weight-saving manner Way. The invention consists in that the guiding devices behind the first, in all the instinctual states acted upon, the stages lie in one special component arige 'are arranged, which at the same time has a bypass channel absorbs the steam when bridging the middle stages.

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.The subject matter of the invention is to be explained in more detail with reference to the drawing will. The turbine housing of the first expansion area is shown which in the manner described below, the steam into the second and then the third housing of a z. B. via a gear on the propeller shaft of a ship working turbine systems arrives.

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.The turbine consists of the housing 1, the component 2 carrying the guide disks 3, 3 ', 3 ″ 3 ... and the bypass duct, the nozzle box, the shaft 6 and the stages of the turbine 7, 8, 8 `, 8", 8 " , 8"", 9, 9 'and the switchover valve 1o. The component 2 is only supported by the annular shoulder 11 in an annular groove 12 of the housing 1.

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.In known turbines in which a group of stages is bridged is possible, a special bypass channel is provided on the outside of the turbine housing. It is also known in such turbines, the intermediate floors of the bridged Stage not to lead in the outer casing wall, but in a special one Component which, however, is rigidly connected to the housing wall .. In contrast, can the component 2, the independent link of the machine, is completely free of all thermal expansions follow. It can neither through the otherwise external steam bypass duct nor due to the different temperatures of the turbine in different operating states Stresses occur between this component and the housing. Likewise are unilateral Thermal expansion in the turbine housing, which in the known design is caused by one-sided Arrangement of the bypass channel on the outside of the housing, avoided.

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.Furthermore, turbine types are known in which the guide disks are housed in a special inner housing part. Apart from the lack of it The arrangement of a bypass channel in these systems is this inner housing part fixed in two places in the outer casing. Caused by thermal expansion Stresses are supposed to be absorbed by a disk that is flexible in the axial direction will.

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.Certainly everyone will be able to avoid the occurrence of Stresses and safety of the type of delivery by the requirements of the invention appropriate storage taken into account; being in addition to the storage in an annular groove a further longitudinally movable bearing 13 can be provided .v rden: it is then expediently close to the entry end, d. h: near the first covered steps 8, 8 'and thus at the point of greatest heating of the part: 2 arranged while the bearing in the annular groove 12 near the last stages of the turbine, d. H. near the coldest part of the turbine is attached.

Die längs verschiebliche Lagerung 13, die zweckmäßig in der Teilfuge erfolgt, kann z. B. durch eine Feder gegen Verdrehung gesichert sein.The longitudinally displaceable bearing 13, which is expedient in the parting line takes place, z. B. be secured against rotation by a spring.

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.Switching from a lower to a high speed level or vice versa, by setting a valve or slide in the wall of the Bypass channel q. of the inner component. It is well known; in the outside on the outside Housing of a turbine of the type already mentioned lying bypass channel in the valve to arrange. This type of construction is in no way compatible with the arrangement proposed here of the valve in the now inside, in the inner housing without connection with the outer Compare housing lying bypass channel. The installation of the valve will be like this made that the change in length of the component caused by thermal expansion 2 has no effect on the position of the valve. Again, this arrangement offers the possibility of a particularly simple structure of the entire turbine including its control devices undertake and switch this so that the transition from one speed level to the other is made possible by setting only the main reversing valve.

Diese einfache Schaltmöglichkeit ist besonders wesentlich im Hinblick auf die eingangs gemachten Ausführungen über die Betriebserfordernisse.This simple switching option is particularly important with regard to this to the statements made at the beginning about the operational requirements.

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.The valve ro, which is caused by the changes in length caused by thermal expansion of the component 2 should not be changed in its position, for example from your valve body 16, which contains the valve seat 17, and the valve disk 18. The sealing pressure is provided by the insert sleeve itself, which is provided with windows recorded and thus kept away from component e. The valve body 16 is at rg fixed in the housing 1, while the seal in the component 2 with the necessary play done by piston rings 2o.

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.The mode of operation of the turbine is as follows: At low power, ie also at a low speed of the turbine system, the live steam coming from the boiler is fed to the nozzle box 5 and initially acts on the first stage 7 of the turbine. The valve io is, as shown, closed, so the steam must take its way through stages B. 8 ', 8 ", 8"' and 8 "", in order to then continue through stages 9, 9 'into the evaporation arc 14 and from this on the other not shown z. B. to get two single turbines into the condenser. In-full power of the steam occurs again by the nozzle box 5 in the turbine and applied as 7, the first stage at part load, the valve io is however now opened as shown dotted, and gives the way through the opening 1 5 in the bypass duct q. and from there, bypassing levels 8 to 8 "", to levels 9, 9 '. While in the first case of operation, each step can only handle a slight gradient due to the low circumferential speed, the number of steps must be reduced at full speed (second operational case) in order to obtain a favorable gradient distribution for each case at a much higher circumferential speed, which is shown in is possible particularly well when applying the present invention.

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.The described design, peculiar to the invention, achieves that a simple and easy to manufacture component that can be easily and safely inserted into the Turbine housing can be installed, in place of an otherwise necessary cumbersome Cast execution occurs. By storing it in only one place, which is about the coldest Part of the turbine takes place, and the optionally to be arranged longitudinally displaceable Leadership at the. The place of the greatest heating of the inserted part is a complete one Security against the occurrence of stresses created by thermal expansion. as well the thermal expansions of both the housing and the suspended component 2 are at be approximately the same in both operating states, since the inlet temperature of the steam before the first stage and the temperature at the entrance to the march stages or in Bypass channel are practically the same. Due to the special type of installation of the Valve io this is kept free from tension.

Der Aufbau des Gesamtturbinensatzes ist klar und übersichtlich und die Zahl der Rohrleitungen weitgehend beschränkt.The structure of the entire turbine set is clear and concise and the number of pipelines is largely limited.

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.From the figure it can be seen that switching from one circuit on the other at any time without the turbine having to come to a standstill while driving can be done by simply setting the valve io, which is expedient in the immediate Dependent on the setting of the main reversing valve. Takes place.

Durch die besondere Art des Einbaues des Ventils io wird dieses von Spannungen frei gehalten.Due to the special way in which the valve io is installed, this is ensured by Tensions kept free.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE: i. Turbine, insbesondere für Schiffsanlagen, in der eine Anzahl hinter der ersten und vor der letzten Stufe oder den letzten Stufen liegender Stufen überbrückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Schaffung günstiger Wärmedehnungsverhältnisse die Leitvorrichtungen der hinter der ersten, bei allen Betriebszuständen beaufschlagten Stufe liegenden Stufen in einem besonderen Bauteil (2) angeordnet sind, der gleichzeitig einen Umführungskanal (q.) für den Dampf bei Überbrükkung der mittleren Stufen aufnimmt. PATENT CLAIMS: i. Turbine, especially for ship systems, in the a number after the first and before the last step or steps horizontal steps can be bridged, characterized in that for the purpose of creation favorable thermal expansion ratios the guiding devices behind the first, in all operating states acted upon level in a special level Component (2) are arranged, which also has a bypass channel (q.) For the Absorbs steam when bridging the middle stages. 2. Turbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil (2) nur in einer Ringnut im äußeren Gehäuse gelagert ist. 2. turbine according to claim i, characterized in that the component (2) is only in an annular groove in the outer housing is stored. 3. Turbine nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil (2) außer der Lagerung in einer Ringnut am einen Ende in axialer Richtung nahe an seinem anderen Ende längs beweglich z. B. in der Teilfuge gelagert ist. q.. 3. Turbine according to claim i and 2, characterized in that the Component (2) apart from the bearing in an annular groove at one end in the axial direction near its other end longitudinally movable z. B. is stored in the parting line. q .. Turbine nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung von einer niedrigen auf eine hohe Fahrtstufe oder umgekehrt durch Einstellung eines Ventils oder Schiebers in dem Umführ ungskanal (q.) erfolgt, so daß ohne Stillstand der Maschine von der Schaltung für geringe Leistung auf die für große Leistung oder umgekehrt übergegangen werden kann. Turbine according to claims i to 3, characterized in that the switchover from from a low to a high speed level or vice versa by setting a Valve or slide in the Umführ ungskanal (q.) Takes place, so that without a standstill the machine from the circuit for low power to the circuit for high power or the other way round can be passed over. 5. Turbine nach Anspruch i bis .4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Umschaltventils (io) in unmittelbarer, z. B. mechanischer Abhängigkeit von der Einstellung des Hauptumsteuerventils erfolgt. 5. Turbine according to claim i to .4, characterized in that that the setting of the switching valve (io) in the immediate, z. B. more mechanical Dependent on the setting of the main reversing valve takes place. 6. Turbine nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbau des Umschaltventils (io) derart erfolgt, daß die durch Wärmedehnung auftretenden Längenänderungen des besonderen Bauteils (2) die Lage des Ventils nicht ver- i ändern.6. Turbine after Claims i to 5, characterized in that the installation of the switching valve (io) takes place in such a way that the changes in length of the particular due to thermal expansion Component (2) do not change the position of the valve.