Dampfturbinenaggregat für hohen Druck und hohe Überhitzuug. Die Verwendung hochgespannten und hochüberhitzten Dampfes (über 20 Atm. und 350 C) hat bisher keine wesentliche Ände rung Im Aufbau der Dampfturbine zur Folge gehabt.
Als zweckmässiges Mittel, um hohe Drücke und hohe Temperaturen in der Tur bine zu verarbeiten, galt bisher die weit gehende Entspannung des Dampfes in .der ersten Düsenreihe, .also die Verarbeitung gro sser Gefälle in der ersten Stufe. Durch :diese Massnahme kann allerdings erreicht werden. dass die Temperaturen und Drücke am Rade mässig werden;
:die grossen Gefälle erfordern aber, um brauchbare Wirkungsgrade zu ge ben, sehr grosse Radumfangs,gescliwindigkei- ten. Da aus bekannten Gründen die Um drehungszahl meist eine verhältnismässig nie drige sein muss (\ 3000/Min.), so ergeben sich hieraus sehr grosse Raddurchmesser und aus den Raddurchmessern teure und umfang reiche Gehäuse, die infolge der bedeutenden Temperaturunterschiede am Hoch- und Nie derdruckende durch Wärmespannungen ganz besonders gefährdet sind.
Tatsächlich sind bisher alle Versuche, normal gebaute Tur- binen mit Dampf von hohem Druck oder sehr hoher Überhitzung zu betreiben, an Ge häusebrüchen gescheitert.
Die Anwendung grosser Gefälle in der ersten Stufe hat d'en'weiteren Nachteil, dass die Beaufschlagung, selbst bei geringen S.chaufelhöheri, infolge der grossen Dampf- gescliwindigkeit, klein ist, so dass die Venti lationsarbeit erhöht wird und gemeinsam mit der durch dio grossen Raddurchmesser be dingten Radreibung bedeutende Verluste her vorruft.
Gehen Damp,fdruok und Temperatur ab.ar beträchtlich über das übliche Mass hinaus, so gelingt es auch mit den höchsten zuläs sigen Ra@dumfangsgeschwindigkeiten nicht mehr, einbrauchbares Verhältnis u : c (Rad umfangsgeschwindigkeit: Dampfgeschwindig keit) einzuhalten, so dass der Wirkungsgrad .dieser ersten Stufe der Turbine ganz unge nügend wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Turbinenaggregat für hohe Drücke und Überhitzungen, welches die oben angeführ ten Nachteile vermeidet und in seinem Auf- bau von den bisherigen Bauarten wesentlich abweicht. Es besteht aus mehreren, und zwar mindestens zwei "Vorstufen", in denen der Dampf bis auf .den für eine Turbine der normalen Bauart zulässigen Druck (etwa 20 Atm.) he-rabexpandiert und aus einer oder mehreren Normal,druclk-Turbineri, die die restliche Dampfenergie verarbeiten.
Die kon struktiven IC.ennzeichen dieser Vorstufen sind die Anwendung hoher Drehzahlen der Turbinenläufer, die Übersetzung ,derselben auf die kleinere Drehzahl der zum Beispiel mit den Vorstufen zusammenarbeitenden ormaldruck-Turbine oder eines mit den Vorstufen gekuppelten Generators, die sym metrische Lage .der Ritzel zum Ra-de, und zwar vornehmlich in einer horizontalen Mit telebene durch das Rad, ferner die fliegende Anordnung der Räder.
Es sind allerdings Turbinen bekannt, bei denen die Hochdruckstufe rascher läuft als die Niederdruckstufe. Ferner sind Turbinen bekannt, deren einzelne Stufen mittelst meh rerer R.itzel auf ein gemeinsames Getriebe rad arbeiten, ferner hat die fliegende An ordnung von Turbinenrädern, die Getriebe antreiben, bereits Anwendung gefunden, aber bei keiner der bekannt gewordenen Tur binen, die obige Merkmale einzeln aufweisen, hat man die Vorteile, die sich aus einer zweckmässigen Kombination :der einzelnen Merkmale mit den übrigen angeführten Kennzeichen ergeben, zunutze gemacht.
Erst durch die gleichzeitige Anwendung der ge nannten Vorteile wird eine Turbine, die sehr hohe Drücke und Überhitzungen betriebs sicher und bei höchstem Wirkungsgrad zu verarbeiten vermag, geschaffen.
In den Figuren sind drei verschiedene Hille als Beispiele für die neue Bauart ge zeigt.
Fig. 1 gibt schematisch den Längsschnitt durch eine einräderige Vorstufe wieder; die zweite Stufe von zweckmässig gleicher Lei stung hat man sich hinter der ersten gelegen zu .denken. Das sichtbare erste Rad a arbei tet auf ein R.itzel b und ist fliegend ange ordnet; c und d sind die die Ritzellager. Das Turbinengehäuse c ist .durch Flansch f am Getriebegehäuse befestigt.
Zur Zentrierung des -Gehäuses können beispielsweise kreuz förmig gestellte Keile dienen, längs welchen sich das Gehäuse bei Erwärmung auszudeh nen vermag. g ist die Stopfbüchse, die als gewöhnliche Labyrinthstopfbüchse a.usge,- führt werden kann. Der Leckdampf tritt in den Raum h, von wo er .abströmt.
Das grosse Getrzebrad i ist beiderseitig gelagert ange- nommnen und mittelst Kupplung h; mit dem Generator oder einer -den Vorstufen nachge schalteten Normaldruckturbine verbunden.
Fig. 2 zeigt eine ähnliche Anordnung schematisch und wagrecht geschnitten, je doch mit dem Unterschiede, dass jede Vor stufe zwei Räder a,-a, besitzt und das Ge trieberad i auf .dem Wellenende des Gene- rators oder der nachgeschalteten Normal druckturbine fliegend angeordnet ist. Die Radkammern jeder Vorstufe sind durch Zwi schenwände m, getrennt. Die Gehäuse kön nen zweiteilig, oder bei abnehmbaren Rädern auch einteilig ausgeführt werden.
Bei der zweiteiligen Ausführung sind beispielsweise zur besseren Zugangsmöglichkeit zu den Deckelschrauben die Längsflanschen unter 45 gegen die Horizontale geneigt (nicht ge zeichnet). b sind wieder die Ritzel, die Trier schräge Zähne aufweisen; die Ritzella.ger sind auf einer Seite :als Drucklager r2. ausge bildet. o ist der Regler nebst. Steuerung mit Antrieb durch da,, Schraubenrad p. Der Da:m:pfweg ist durch Pfeile angedeutet. Der aus der letzten Stufe der zweiten Vorstufe tretende Dampf wird einer Turbine normaler Bauart zugeführt, wo er seine restliche Ener gie abgibt.
Fig. 3 zeigt schematisch den Hochdruck teil eines Turbinenaggregates mit vier Vor stufen, die an beiden Enden .des Generators l aufgestellt sind. Die ersten. hinsichtlich ihrer Leistung unter sich gleichen Stufen sind beide einräderig (a1 und a2), die zwei weiteren, unter sich ebenfalls von gleicher Leistung, je zweiräderig (a,, bis ac) gezeich net.
Die Schräge der Zähne des Getriebes kann leicht so bestimmt werden, dass sämt liche Aehsialschübe, herrührend vom Dampf druck der wellenlosen Enden der Turbinen läufer und von den Umfangskräften an :den Zähnen sich untereinander vollkommen aus blechen.
Für den Antrieb des Erregers kann eines der beiden Getriebe noch mit einem weiteren Ritzel für geringere Drehzahl ver sehen werden; in manchen Fällen wird aber (.1er Erreger fortfallen können, wenn nämlich die Erregung .des von den Vorstufen getrie benen Generators vom Erreger des Normal druck-Aggregates, mit dem der _Vorstufen- t311# <B>0'</B> elektrisch gekuppelt ist, besorgt werden kann.
Fig. 4 gibt,die Ausführung einer mit den Lagern verbundenen Stopifbüchse wieder. Es ist wieder a das Turbinenrad, b das Ritzet, c und d die Ritzellager. Bei<I>q</I> ist eine wei tere Büchse angebracht, .durch welche zur Kühlung ;der Welle Wasser eingeführt wer den kann, r sind Wasser- und Ölabstreif- ringe. Die sämtlichen, die Welle s mit klei nem Spiel .umgebenden Teile sind nun in einem gemeinsamen Gussstück G gelagert, um die genaue Zentrierung dieser Teile zu ge währleisten.
Dieses Gussstück ist zweiteilig, in der Mittelebene an geeigneten Stellen durch Flansch und Bolzen verbunden und an der Eingriffsstelle des Ritzels mit einer Off- nun" versehen: Das Gussstück selbst ruht in den Bohrungen aa des Getriebegehäuses.
Durch Entfernen des Getriebe-Gehä.use- deckels <I>v</I> können also Lager<I>c, d,</I> Stopf büchse g und Läufer a der Turbine samt Ritzel b gemeinsam ausgebaut werden; ebenso sind Einbaukorrekturen, wie sie das Kitzel zum Zwecke eines richtigen Eingrif fes in das Rad nötig macht, lediglich durch Lageränderungen des Gussstückes t ermög licht, ohne dass Nacharbeiten an Lager und Stopifbüchsen nötig sind.
Die starre Verbin dung der Stopfbüchse g mit dem Lager c, d ermöglicht allerkleinstes Spiel der Laby- rinthe und damit eine Verminderung der Leckverluste .auf das kleinstmögliche Mass. Der Leckcla.mp.f und Teile des Kühlwassers, welche sich im Raume la ansammeln, entwei- chen durch Öffnung iv, Kühlwasser allein durch Bohrung x.
Das Turbinengehäuse e ist gesondert gelagert und beispielsweise durch Kreuzführung (geile) oder durch Zen trierung bei y in der Mittellage gehalten und dorlselbst nach aussen abgedichtet. Hier eventuell durchgetretener Leckdampf kann durch die Bohrung z in den Raum h ent weichen.
Inwiefern .die angeführten Kennzeichen der neuen Bauart zusammenhängen und in ihrer Vereinigung erhöhte Vorteile erbrin gen, ist aus folgendem ersichtlich: Die hohe Drehzahl, die durch Verwendung .des Ge triebes ermöglicht ist, .gestattet auch bei klei nen Raddurchmessern genügend hohe TJm- fangsgeschwindigkeiten. Die kleinen Rad durchmesser ergeben volle Beaufschla.gung bei genügend hohen Schaufeln, die Gehäuse abmessungen werden gering, .die Beherr- scUun,g hoher Drücke und Temperaturen in der Radkammer dadurch erleichtert.
Infolge der vollen Beaufschlagung und der kleinen Raddurchmesser werden die Ventilations- und Radreibungsverluste vernachlässi,gbar klein.
Die symmetrische Anordnung zweier Rstzel auf einem Raddurchmesser und eine zweckmässig gleiche Leistungsverteilung auf jede Turbine bezw. jedes Ritzel ermöglicht sehr einfache Getriebekonstruktionen und vollständige Entlastung des Zapfens -des gro ssen Getrieberades von biegenden Momenten. Durch die fliegende Anordnung der Tur binenräder kommen Lager, Kupplung und die Stopfbüchse auf einer Seite jedes Gehäu ses in Wegfall.
Der auf das wellenfreie Ende des Turbinenläufers wirkende Dampf- ,druck kann bei schrägen Zähnen (Schrau benrädern) zum Ausgleich des Zahndruckes verwendet werden, so dass die Kitzelwelle in sich ausgeglichen ist und keine oder nur kleine Drucklager benötigt. Werden bei spielsweise bei sehr hohen D.amip±drückeä und Überhitzungen mehr als zwei Vorstufen erforderlich, so können diese Turbinen auf zwei Getrieberäder verteilt werden, die -dann an beiden Enden der Generatorwelle ange bracht sind.
Da durch die symmetrische An- ordnung der Ritze, die Wehlernenden durch keine Biegungsmomente beansprucht sind, können auch die Getrieberäder fliegend auf gesetzt werden, und zwar unmittelbar auf das Wellenende der zu kuppelnden Normal druck-Turbine oder des Generators.
Bei An ordnung je eines Getriebes an beiden Enden der Generatorwelle ist dann ein vollkom mener Ausgleich der Achsialschübe aus den Zahndrücken ermöglicht, wobei bei verschie den grossen Achsialschüben .der Ausgleich durch entsprechende Schrägstellung der Zähne beider Räder erfolgt.
Besonders wichtig ist bei Hochdruck dampf, dass die Verluste durch die Stopf büchsen klein gehalten werden. Um dies zu erreichen, sind die Spiele in den Stopfbüchsen (Labyrinthe) auf ein Mindestmass zu ver ringern und deshalb auf die genaueste Zen trierung der Stopfbüchse zu achten. Die neue Bauart der Turbine gestattet eine hierzu zweckdienliche Konstruktion durch unmittel bare Verbindung der Stopfbüchse mit den Lagern und Trennung der Stopfbüchse vom Turbinengehäuse.
Die Zentrierung der Stopf büchse erfolgt dann gemeinsam .mit den La gern und bleibt unberührt von Verlagerun gen des Gehäuses, ,die beispielsweise durch Wärmespannungen oder Rohrzüge oder der gleichen hervorgerufen werden.
Bei der vorliegenden Bauart kann vor teilhaft ein Arbeitsverfahren Anwendung finden, nach welchem die Wärriegefälle des Dampfes so aufzuteilen sind, dass nur kleine R.adgesekwindigkeiten (rc <I> < </I> 160 mjSek.) bei höchstem Wirkungsgrad, also einem u : c von nahe 0,5 für einkränzige Räder, erhalten werden.
Dies fordert die Aufteilung in kleine Gefälle und damit die Zulassung hoher Drücke und Temperaturen in den ersten Stufen. Durch die Aufteilung in mehrere Gehäuse, die voneinander unabhängig- sind und geringe Abmessungen besitzen und durch die Trennung der zur Lagerung des Turbinenläufers dienenden Teile von der eigentlichen Turbine und der besonderen La gerung bezw. Zentrierung des Turbinen gehäuses ist es aber möglich, die sich erge- benden hohen Drücke und Temperaturen leicht und betriebssicher zu beherrschen.