DE819094C - Turbinenstufe mit Duesenregelung und mindestens zwei Laufkraenzen - Google Patents

Description

• Turbinenstufe mit Düsenregelung und mindestens zwei Laufkränzen Die ersten Stufen von mehrstufigen Dampfturbinen werden meist als Regelstufen ausgebildet, die durch Zu- und Abschaltung von Düsensätzen an die mit der Belastung sich ändernde Dampfmenge angepaßt «erden können. Beim Übergang auf Teillast vergrößert sich das Gefälle in der Regelstufe und wird mit schlechterem Wirkungsgrad entspannt. Da bei speziellen z. B. Fahrzeugantrieben mit der Leistung meist auch die Drehzahl abnimmt, steigt der spezifische Dampfverbrauch stark an. Die normale Regelstufe arbeitet also bei niederen Drehzahlen ungünstig, und das Anfahren und erste Beschleunigen des Fahrzeuges erfordert große Dampf-und Brennstoffmengen.
• Es wird vorgeschlagen, Turbinenstufen mit mindestens zwei Laufkränzen als Regelstufen derart auszubilden, daß die Zahl der vom Dampf hintereinander durchströmten Laufkränze, also die Zahl der Geschwindigkeitsstufen, während und ohne jede Störung des Betriebes geändert, also bei Abnahme der Drehzahl und der Leistung vergrößert werden kann.
• Zu diesem Zweck werden außer den üblichen Düsensätzen mit den dazugehörigen, zwischen den Laufschaufelkränzen angeordneten Umlenkkanälen weitere Düsensätze vorgesehen, bei denen an Stelle dieser Umlenkkanäle, die den Dampf dem nächsten Laufschaufelkranz zuführen, teilweise Ablenkkanäle eingebaut, die den Dampfstrahl aus der 1\Teridianebene heraus ablenken, bei Axialturbinen in radialer und bei Radialturbinen in axialer Richtung. Durch eine Verstelleinrichtung, die von Hand oder durch einen Regler betätigt werden kann, werden die Düsensätze, die mit untereinander verschiedenen Führungsteilen zwischen den Laufkränzen zusammenarbeiten, während des Betriebes gegeneinander ausgetauscht. Wenn also bei voller Drehzahl und großer Dampfmenge Düsengruppen eingeschaltet sind, hinter denen der Dampf nach der Durchströmung des ersten Laufkranzes durch Ablenkkanäle unmittelbar in den Radraum übertritt, so bleiben diese Düsen beim Anfahren und ersten Beschleunigen durch die Verstelleinrichtung von der Dampfzufuhr abgeschlossen, und an ihrer Stelle sind zuerst andere Düsensätze geöffnet, die mit den normalen im Turbinenbau üblichen Umlenkkanälen zusammenarbeiten, so daß der Dampf alle vorhandenen Laufkränze der Regelstufe durchströmt und in ihnen Umfangskräfte erzeugt. Düsenaufteilung und Verstelleinrichtung sind derart ausgebildet und bemessen, daß beim Übergang von den Düsensätzen der einen auf die andere Art, der in Abhängigkeit von Drehzahl und Leistung erfolgt, keine schädlichen Änderungen des Drehmomentes auftreten. Die den Dampfstrahl aus der Meridianebene ablenkenden Kanäle werden diffusorartig ausgebildet, so daß die Auslaßgeschwindigkeit aus den vorhergehenden Laufkanälen zum Teil nutzbar verwendet wird. Auch im Anschluß an den letzten Laufschaufelkranz können diffusorartige Kanäle angebracht werden, die in gleicher Weise wirken. Die an der Drehbewegung nicht teilnehmenden dampfführenden Teile sitzen in als Drehkörper ausgebildeten, wärmebeweglich im Gehäuse befestigten Teilen. Sie bilden für den Dampfstrahl eine äußere Führungswand, die ohne Unterbrechung am äußeren Umfang der Düse anschließt, so daß eine lückenlose Führung des Dampfstrahles entsteht.
• Als Verstellorgane werden Kolbenschieber verwendet, die am Gehäuse selbst untergebracht sind. Ihre den Austausch der Düsensätze bewirkende Verstellbewegung kann von Hand oder unter dem Einfluß eines Geschwindigkeitsreglers, evtl. auch eines Druckreglers, der unter dem Einfluß des Druckes im Radraum steht, erfolgen.
• Um achsensymmetrischen Dampfeintritt, insbesondere beim Anfahren, zu erhalten und vom Turbinengehäuse beim Übergang aus dem kalten in den Betriebszustand Achsenverbiegungen zu vermeiden, wird die Regelaufgabe auf zwei Schieber verteilt, deren wirksame Kanten sich diametral gegenüberliegen.
• Abb. i zeigt die Strahlführung, und zwar Abb. ia eine dreikränzige Curtisstufe mit Düsensatz a, den drei Laufkränzen b, c, d und den zwei Umkehrsegmenten e und f. Diese in Dampfrichtung aufeinanderfolgenden Kanäle werden beim Anfahren und bei niedriger Drehzahl durchströmt. Bei höherer Drehzahl wird nach Abb. ib ein anderer Düsensatz ä für den Dampf freigegeben, der nur die Laufkränze b und c durchströmen soll. Das dazwischenliegende Umkehrsegment e wird in der gleichen Weise ausgebildet wie in Abb. ia. Dagegen ist an Stelle des Umkehrkranzes f der Abb. ia ein Ablenkdiffusor f' in Abb. ib vorgesehen, der den Dampf nach außen abführt, so daß er den Kranz d bei den höheren Drehzahlen nicht durchströmt. In Abb. i c ist der Düsensatz ä' für den Dampf geöffnet, der bei weiterer Erhöhung der Drehzahl nur auf den Laufschaufelkranz b arbeiten soll. Hinter b wird der Dampf durch Ablenkdiffusor e' radial nach außen abgeleitet, so daß die Laufkränze c und d vom Arbeitsdampf nicht durchströmt werden. Die im Gehäuse h zentrisch und wärmebeweglich befestigten Ringteile g begrenzen die Strömungskanäle radial nach außen und machen die Verwendung von aufgenieteten, aufgelöteten oder aufgeschweißten Deckblechen überflüssig.
• Mit i sind die Kanten bezeichnet, an denen die Düsensätze a, a', a" mit den Ringteilen g zusammenstoßen, so daß eine ununterbrochene äußere Strahlbegrenzung entsteht und die Axialdehnungen der Teile sich durch Flachdrücken der Kante auswirken können.
• Abb. 2 zeigt ein Beispiel der Verstelleinrichtung für eine zweikränzige Regelstufe, bei welcher bei steigender Drehzahl und Dampfmenge der Übergang von der Durchströmung beider Laufschaufelkränze durch die mit a' bezeichneten Düsensätze i' bis 6' auf die alleinige Durchströmung des ersten Laufschaufelkranzes durch die mit a" bezeichneten Düsensätze i" bis 6" und umgekehrt erfolgt.
• Am Griff p werden über den Doppelhebel z die entlasteten Kolbenschieber m und n bewegt. Beim Übergang von der strichpunktiert gezeichneten Stellung o-o, bei welcher sämtliche Beaufschlagungen vom Dampf abgesperrt sind, zu der ausgezogen gezeichneten Stellung 6-6 werden in der Reihenfolge der Ziffern i bis 6 sämtliche Düsensätze von den Kolbenschiebern m und n nacheinander für den Frischdampf freigegeben, und zwar jeweils gleichzeitig von den Düsensätzen a' und a" die mit der gleichen Ziffer versehenen, also z. B. i' und i"; 2' und 2".
• Die Dampfzufuhr zu den Kolbenschiebern m und n wird durch den Umschaltschieber y derartig gesteuert, daß in der ausgezogenen Stellung der in y eintretende Dampf durch die beiden Leitungen ,q in die von den Kolbenschiebern m und -n gerad; freigegebenen Düsensätze ä' gelangen kann, wie durch Pfeile angegeben, oder in der gestrichelt gezeichneten anderen Endlage desUmschaltschiebersy durch die gestrichelten Leitungen r in die Beaufschlagungen a'.
• Der Servomotor s bewegt den Umschaltschieber y in seine Endlagen und hält ihn dort fest, da der zugehörige Drucköleinschalter x selbst durch die Schnappvorrichtung u in seinen Endlagen gehalten wird, bis eine starke Änderung der Drehzahl oder der Dampfmenge oder beider Einflüsse zusammen eine derart starke Veränderung der Höhenlage der Verbindungsstange v zwischen Regler t und Doppelhebel z verursacht haben, daß die Spannung der Feder w die Haltekraft der Schnappvorrichtung u übersteigt, so daß der Drucköleinschalter x in seine andere Endlage gebracht wird.
• Die ausgezogene Darstellung bedeutet große Dampfmenge und hohe Drehzahl des Reglers t. Sinkt nun die Drehzahl des Reglers t sehr stark (gestrichelte Stellung), so wird schließlich der Mittelpunkt der Verbindungsstange v so stark nach unten verschoben, daß trotz gleicher Dampfmengeneinstellung (Hebel z) die Druckspannung in der Feder a, die Schnappvorrichtung u umschnappen läßt, so daß der Drucköleinschalter x in die gestrichelte untere Endstellung gelangt und damit Servomotor s und Umschaltschieber y in die gestrichelte Lage kommen. Nun strömt der Dampf über die beiden gestrichelten Leitungen r den Beaufschlagungen a' zu, während die beiden Leitungen q abgesperrt sind.
• Der gleiche Vorgang tritt ein, wenn bei hoher Drehzahl des Reglers t am Handgriff p eine kleine Dampfmenge eingestellt wird, wenn also z. B. der Handgriff p auf die Stellung l eingestellt ist oder wenn Drehzahl und Dampfmenge gleichzeitig verringert werden.
• Der umgekehrte Vorgang, also die Umschaltung von der Beaufschlagung der Düsensätze ä auf die Düsensätze a", erfolgt bei starker Drehzahlerhöhung oder starker Vergrößerung der Dampfmenge oder bei gleichzeitiger Vergrößerung von Drehzahl und Dampfmenge dadurch, daß der Mittelpunkt von v so weit nach oben verschoben wird, daß der Drucköleinschalter x und damit Servomotor s und Umschaltschieber y aus der gestrichelten in die ausgezogene Lage übergehen.

Claims (12)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Turbinenstufe mit Düsenregelung und mindestens zwei Laufkränzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der vom Dampf hintereinander durchströmten Laufkränze während des Betriebes durch eine Verstelleinrichtung geändert werden kann, die Düsensätze gegeneinander austauscht, von denen ein Teil mit Führungskanälen zwischen den Laufkränzen zusammenarbeitet, die den Dampfstrahl dem darauffolgenden Laufkranz entziehen.
2. 2. Turbinenstufe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Teil der Düsen zwischen den Laufkanälen Führungswände vorgesehen sind, die den Dampfstrahl bei Axialturbinen radial und bei Radialturbinen axial ablenken, so daß er die darauffolgenden Laufkanäle umgeht.
3. 3. Turbinenstufe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschaltung der einen Art und die Abschaltung der anderen Art von Düsensätzen etwa gleichzeitig erfolgt, so daß die Änderung der Zahl der vom Dampf hintereinander durchströmten Laufkränze ohne störenden Leistungsabfall während des Betriebes der Drehzahl und dem Gefälle angepaßt werden kann. .
4. 4. Turbinenstufe nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Dampfstrahl ablenkenden Kanäle diffusorartig ausgebildet sind.
5. 5. Turbinenstufe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auch hinter dem letzten Laufschaufelkranz diffusorartige Kanäle untergebracht sind.
6. 6. Turbinenstufe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen und hinter den Laufkränzen angeordneten Führungswände mit den Umkehrschaufeln zusammen in Drehkörpern sitzen, die wärmebeweglich im Gehäuse eingebaut sind.
7. 7. Turbinenstufe nach Anspruch i und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkörper mit einer schmalen Kante an die äußere Düsenwand anschließen, so daß der Dampfstrahl ohne Unterbrechung geführt wird. B.
8. Turbinenstufe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sie als selbständige Dampfturbine ausgebildet ist.
9. 9. Verstelleinrichtung zur Turbinenstufe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sie kolbenschieberartig ausgebildet ist. io.
10. Verstelleinrichtung zur Turbinenstufe nach Anspruch i und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellaufgabe auf zwei Schieber verteilt wird, deren wirksame Kanten sich zwecks symmetrischerBeaufschlagung diametral gegenüberliegen. i i.
11. Verstelleinrichtung zur Turbinenstufe nach Anspruch i und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung des oder der entlasteten Kolbenschieber z. B. durch eine Hilfskraft erfolgt, die von Drehzahl- und Dampfmengenänderungen im gleichen Sinne beeinflußt wird.
12. 12. Verstelleinrichbung zur Turbinenstufe nach Anspruch i und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die entlasteten Kolbenschieber am Turbinengehäuse untergebracht sind.