DE163202A - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

JV! 163202 KLASSE 14 c.

Gegenstand der Erfindung ist eine Steuerung, welche die Zuführung des Kraftmittels bei Dampf- und Gasturbinen betätigt und reguliert.

Die Erfindung besteht darin, daß durch geeignete Steuerungsofgane, wie Schieber, Ventile, Klappen u. dgl., periodisch ein begrenztes Volumen des Kraftmittels — Dampf, verbranntes oder unverbranntes Kraftgas —·

ίο in einen besonderen Raum, z. B. den Innenraum eines hohlen Schiebers eingelassen und hernach unter Expansion der Turbine- zugeführt wird. Im Gegensatz hierzu wirken die bekannten, periodisch den Dampfstrom unterbrechenden Steuerungsorgane für solche Maschinen in der Weise, daß nach ihrer Eröffnung das Kraftmittel sofort in die Turbine strömen kann.

Zweck obiger Einrichtung ist die damit gegebene neuartige Kraftregulierung, indem dabei die Möglichkeit besteht, die Anzahl der Füllungen des erwähnten Raumes und dadurch die Menge des zugeführten Kraftmittels der jeweiligen Belastung anzupassen.

Die Nebenwirkungen der Einrichtung sind je nach Art der Turbine verschieden; es lassen sich folgende Nebenvorteile anführen: I. Bei Druckturbinen kann die Querschnittszunahme der Expansionsdüsen und damit die vom Kraftmittel berührte Oberfläche vermindert werden, weil die Expansion nicht nur in der Düse allein, sondern auch im Admissionsraum erfolgt.

2. Bei Überdruckturbinen, wo der Turbinenraum selbst die Stelle der Düse vertritt, besteht derselbe Vorteil wie bei Druckturbinen; hier kann das Verhältnis des Anfangsquerschnittes zum Endquerschnitt günstiger gewählt werden, d. h. der Endquerschnitt kann kleiner sein, wodurch die Niederdruckschaufeln kürzer und die vom Kraftmittel berührten Flächen kleiner werden.

3. Bei beiden erwähnten Turbinenarten ist die Dauer der Expansion eine verhältnismäßig längere als bei stationärem Strömungszustand, und die Strahlgeschwindigkeit vom Beginn bis zum Schluß der Expansionsperiode eine abnehmende. Für Druckturbinen hat letzterer Umstand den Vorzug, daß entweder die Schaufelgeschwindigkeit geringer gewählt werden kann oder aber, daß bei gegebener Schaufelgeschwindigkeit ein Teil des expandierenden Kraftmittels günstiger arbeitet. Für Überdruckturbinen liegt der Vorteil darin, daß die Stufenzahl herabgemindert werden kann.

4. Bei Druck- sowohl wie bei Überdruckturbinen kann für jede Belastungsgröße mit voller Anfangsspannung gearbeitet werden, da wohl die Anzahl der Admissionen, nicht aber die Spannung des Kraftmittels veränderlich ist. Indes kann die Regulierung durch Drosseln unterstützt werden.

5. Bei Explosionsgasturbinen ist die Möglichkeit gegeben, das Kraftgas einem größeren Behälter zu entnehmen und in kleinen, ab-

gemessenen Volumenteilen zur Explosion zu bringen, ohne daß die Flamme in den Behälter überschlägt.

Der Antrieb der Steuerungsorgane kann von der Turbine selbst erfolgen, mit oder ohne Zuhilfenahme von Zwischengliedern, d. h. die Steuerungsorgane können eine von der der Turbine verschiedene Umdrehungszahl besitzen, oder sie können, beispielsweise als

ίο Drehschieber gedacht, sich mit derselben Geschwindigkeit wie die Turbine drehen, wobei sie als Gegenflächen ruhende Flächen haben. Der Antrieb kann aber auch von der Turbine unabhängig sein, wobei die Steuerungsorgane von einer besonderen Kraftquelle aus bewegt werden. In diesem Falle entsteht eine gewisse relative Geschwindigkeit zwischen Turbine und Steuerungsorgan, welche zum Zwecke der Regelung veränderlich gemacht wird. Es kann auch die bei verschiedenen Belastungen auftretende Geschwindigkeitsschwankung unmittelbar für die Änderung der relativen Geschwindigkeit und somit für die Regelung nutzbar gemacht werden.

Zur Steuerung kann jedes dazu geeignete Organ benutzt werden, wie Flachschieber, Rundschieber, Gitterschieber, Ventile, Klappen usw., mit drehender, oszillierender oder hin- und hergehender Bewegung. Sie können außerhalb oder innerhalb der Turbine, zentral oder exzentrisch zur Turbinenachse angeordnet sein; ihr Antrieb kann von einem Hilfsmotor oder einer Transmission oder endlich von Hand erfolgen. Die Steuerung kann für alle Arten von Dampf- und Gasturbinen Verwendung finden.

In Fig. ι der Zeichnung ist als Beispiel eine Achsialüberdruckturbine dargestellt. Das Kraftmittel tritt bei α in die Kammer b und durch die äußeren Schlitzreihen c des rotieren- *den oder oszillierenden Flachschiebers g in den Innenraum d des Schiebers; alsdann strömt es durch die innere Schlitzreihe e in die symmetrisch angeordneten Turbinen, von wo es in die Auspuffräume f gelangt. Als Gegenflächen dienen hier dem Schieber die ruhenden Flächen h. Die äußeren und inneren Schlitze sind gegeneinander versetzt, so daß die Kammer d entweder nur mit dem Raum b oder aber nur mit dem Turbinenraum in Verbindung steht. Der Antrieb des Schiebers erfolgt durch das auf der Welle k sitzende Zahnrad i. Als Kraftquelle für das Getriebe ist irgend ein Hilfsmotor gedacht, dessen Geschwindigkeit von Hand oder durch einen Regler veränderlich sein kann. Bei der Drehung des Schiebers strömt zuerst das Kraftmittel aus der Kammer b durch die Schlitze c in den Innenraum d des Schiebers und füllt ihn aus. Nach Abschluß der Schlitze c öffnen sich die Schlitze e, und das Kraftmittel strömt unter Expansion in die Turbine, bis der Raum d ganz oder teilweise entleert ist. Da während dieser Entleerung wenig oder gar kein frisches Kraftgas zuströmt, findet die Expansion nach einem Gesetze statt, welches die Verminderung der Stufenzahl erlaubt. Wird Schieber g schneller oder langsamer bewegt, so finden in der Zeiteinheit mehr oder weniger Füllungsperioden statt, deren Anzahl dem Kraftbedarf angepaßt werden kann. Die Schlitze c werden vorteilhafterweise jeweilen so lange geöffnet erhalten , bis in d annähernd derselbe Druck wie in b hergestellt ist. Der Raum b kann mit der Schieberkammer in dauernder Verbindung stehen.

Fig. 2 stellt als weiteres Beispiel eine Radialüberdruckturbine dar. Das Kraftmittel tritt bei α in die Kammer b, von da durch Schlitze c in den Innenraum des innerhalb der Radnabe zentral angeordneten Drehschiebers m und alsdann durch Schlitze e, nachdem c geschlossen sind, in die Turbinen, um schließlich aus den Räumen / zu entweichen. Die Welle ρ des Schiebers ist im Innern der hohlen Turbinenachse r gelagert und ragt aus dieser bei q ins Freie. Die Schlitzreihen c und e sind auch hier gegeneinander versetzt, so daß entweder nur c oder nur e geöffnet sind. Es wird also auch hier-jeweils nur der Inhalt der Kammer d unter Expansion in die Turbine entleert. Während der Drehung der Turbinenräder kann Schieber m stillstehen oder sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit drehen, wobei der Antrieb der Schieberwelle von q aus erfolgt. Der Antriebsmotor kann auch eine kleine Turbine sein; welche auf der Welle ρ sitzt. Haben Schieber und Radnabe verschiedene Geschwindigkeit in demselben Sinne oder drehen sie sich in entgegengesetztem Sinne, so werden sich die Schlitzreihen des Schiebers an den Schlitzreihen der Radnabe vorbeibewegen, wodurch die oben beschriebene Zuführung des Kraftmittels erfolgen kann. Die Geschwindigkeit des Schiebers kann auch wieder von Hand oder durch einen Regulator verstellt werden. Hat der Schieber konstante Geschwindigkeit, so wird sich die relative Geschwindigkeit zwischen Schieber und Radnabe bei jeder neu auftretenden Belastungsgröße der Turbine ändern. Ist bei gleichem Drehsinn die konstante Geschwindigkeit des Schiebers größer als die der Radnabe, so wird bei abnehmender Radgeschwindigkeit zufolge einer Mehrbelastung die Relativgeschwindigkeit größer, bei einer Minderbelastung infolge wachsender Radgeschwindigkeit kleiner werden; die Anzahl der Ad-

missionen und somit die pro Zeiteinheit zugeführte Menge des Kraftmittels wird sich dementsprechend vergrößern oder verkleinern, und es findet so eine augenblicklich und unmittelbar wirkende Regelung der Turbine statt. Sie kann gegebenenfalls durch Drosselung der Arbeitsflüssigkeit noch unterstützt werden. Mit Rücksicht auf den Leerlauf kann der Turbine auch noch eine geringe ίο Menge der Flüssigkeit ununterbrochen zugeführt werden.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Steuerung für Dampf- und Gasturbinen mit periodisch den Dampfstrom unterbrechendem Einlaßorgan, dadurch gekennzeichnet, daß periodisch ein begrenztes Volumen des Kraftmittels durch geeignete Steuerungsorgane, wie Schieber, Ventile, Klappen u. dgl., erst in einen besonderen Raum und von da unter Expansion in die Turbine eingelassen wird.
2. 2. Ausführungsform der Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Steuerungsorgane von der Turbine selbst, mit oder ohne Zuhilfenahme von Zwischengliedern, besorgt wird.
3. 3. Ausführungsform der Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Kraftregelung die Periodenzahl der Kraftmittelzuführung von Hand oder durch einen Regler veränderlich ist.
4. 4. Aus f uhr ungs form der Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Steuerungsorgane von der Geschwindigkeit der Turbine unabhängig ist, so daß Änderungen in der Geschwindigkeit der Turbine eine gleichzeitige Änderung der Relativgeschwindigkeit zwischen Turbine und Steuerungsorgan bedingen, zum Zwecke einer unmittelbaren Regelung der Periodenzahl der Kraftmittelzuführung.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.