DE209782C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

-■ ΛΙ209782 KLASSE 14 c. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. März 1908 ab.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum selbsttätigen Ausgleichen des vom Treibmittel der Turbine sowie jedes etwa von außen, beispielsweise bei

Schiffsturbinen von dem Propeller oder von dem Antrieb der direkt gekuppelten Rotationspumpen oder Kompressoren her auf die !,aufweite der Turbine ausgeübten Achsschubes.
Es wird bezweckt, durch eine selbsttätig

ίο wirkende Einrichtung die Treibmittelzuführung nach den verschiedenen Abschnitten der Turbine so zu regeln, daß jeder auf die Laufwelle wirkende Achsdruck, ausgeglichen wird. Zu diesem Zweck ist nach dieser Erfindung die Einrichtung getroffen, daß das Laufrad sich unter dem Einfluß eines nicht ausgeglichenen Enddruckes um ein vorher bestimmtes Maß in der Längsrichtung verschieben kann, und es ist eine Ventileinrichtung vorgesehen, die auf Änderungen in der Stellung des Laufrades selbsttätig in dem Sinne anspricht, daß sie den Treibmittelzutritt nach den Abschnitten der Turbine so bemißt, daß durch den Treibmitteldruck der unausgeglichene, auf das Laufrad wirkende Achsschub aufgewogen wird.

Fig. ι zeigt teilweise abgebrochen und im Schnitt eine gemäß dieser Erfindung eingerichtete Turbine. Fig. 2 stellt im Schnitt nach A-A der Fig. 3 eine Ventileinrichtung als Einzelteil der Erfindung dar. Fig. 3 ist. eine Schnittansicht nach B-B der Fig. 2.
Die gezeichnete Turbine ist eine solche mit Teilung des Treibmittelstromes und besitzt eine erste Arbeitsstufe 3, die von dem Treibmittel in einer Richtung achsial durchflossen wird, eine nach zwei Richtungen durchfiossene Zwischenstufe 4, die das Treibmittel von der ersten Stufe her erhält, und eine ebenfalls nach zwei Richtungen durchfiossene End- oder Niederdruckstufe 5, die das Treibmittel von der Zwischenstufe empfängt und mit dem Abdampfkanal der Turbine in Verbindung steht.

Die erste Stufe befindet sich in der mittleren Länge der Turbine und erhält das Treibmittel durch eine (nicht weiter veranschaulichte) Einlaßöffnung, die durch ein Ventil überwacht wird. Die der Turbine zuzuführende Treibmittelmenge wird durch dieses Ventil unter Vermittlung eines auf Geschwindigkeit ansprechenden Regulators bekannter Art nach Maßgabe der Belastung der Turbine geregelt. Die erste Stufe hat eine oder mehrere in dem Turbinengehäuse angebrachte Expansionsdüsen 6, die mit dem Einlaß durch einen im Turbinengehäuse befindlichen Kanal ¹J in Verbindung stehen.

Die Düsen 6 expandieren das Treibmittel in vorherbestimmtem Maße und lassen es in eine Reihe Laufschaufeln 8 des Laufrades 9 eintreten. Diese Schaufeln nehmen durch Beaufschlagung einen Teil der durch die Expansion des Treibmittels \virksam gemachten Geschwindigkeitsenergie auf und

geben

den

Treibmittelstrom an eine Reihe am Turbinengehäuse angeordneter Leitschaufeln 10 ab, die

den Treibmittelstrom umleiten und ihn an eine zAveite Laufschaufelreihe 8 des Rades 9 abgeben. Die erste Stufe 3 ist lediglich eine Druckturbine, welche keinerlei Achsschub hervorbringt.

Nach Verlassen der letzten Schaufelreihe der ersten Stufe gelangt das Treibmittel in die zwischen dem Rad 9 und dem Turbinengehäuse befindliche Kammer 11, die unmittelbar mit der einen Abteilung 12 der Zwischenstufe 4 in Verbindung steht. Auf der anderen Seite des Rades 9 befindet sich zwischen diesem und dem Turbinengehäuse eine andere Kammer 13, die mit der Kammer 11 durch einen im Turbinengehäuse nahe den Düsen 6 befindlichen Kanal 57 und mit der Abteilung 15 der Zwischenstufe 4 unmittelbar in Verbindung steht. Außerdem stehen die Kammern 11 und 13 durch in dem Rad 9 vorgesehene Öffnungen miteinander in Verbindung.

Beide Abteilungen der Zwischenstufe bestehen aus zwei einander gleichen Überdrucksätzen, so daß der achsiale Schub der einen Abteilung durch den gleichen und entgegengesetzt gerichteten Schub der anderen Abteilung aufgewogen wird.

Ebenso sind die beiden letzten Abschnitte 16, 17 einander gleiche Überdrucksätze.
Ein auf dem Turbinengehäuse angeordnetes Ventil 18 steht durch einen Kanal 19 mit einem Durchgang" 14 in Verbindung, an den sich der Kanal 7 anschließt. Die Auslässe 21 und 22 des Ventils stehen durch Rohre 45 und 49 in Verbindung mit den Abteilungen 16 bzw. 17 der letzten Arbeitsstufe. Das Ventil vermag Treibmittel von dem Kanal 17 unmittelbar der einen oder der anderen Abteilung 16 oder 17 der letzten Stufe zuzuführen und spricht auf Änderungen in der längsweisen Stellung des Laufrades an. Dieses ruht längsweise verschiebbar in seinen Lagern, und diese Verschiebung erfolgt unter dem Einfluß eines unausgeglichenen Druckes, wobei das Ventil 18 durch das Ventil 23 gesteuert wird. Wie schon bemerkt, wirkt das Ventil 18 dahin, die Verteilung des Druckmittels auf die Arbeitskanäle der Turbine zu bestimmen und in den Arbeitskanälen einen Überdruck des Treibmittels nach der einen Richtung zu veranlassen, der demjenigen Druck gleich und seiner Richtung nach entgegengesetzt ist, welcher den Gleichgewichtszustand des Laufrades stört.

Das in Fig. 2 und 3 veranschaulichte A^entil besitzt ein auf dem Turbinengehäuse angebrachtes Ventilgehäuse 24 mit einem Ventilkolben 25, und dieser regelt den Durchtritt des Treibmittels durch die Ventilöffnungen, wobei auf der Stange 27 des Ventilkolbens 25 ein ' Hilfskolben 26 innerhalb eines Zylinders 28 angeordnet ist. Der Einlaß 19 am unteren Ende des Ventils läßt Dampf von den Kanälen 7 und 14 durch einen aufrechtstehenden, mit mehreren Auslaßöffnungen 30 versehenen rohrförmigen Teil 29 in das Innere des Ventils eintreten. Die Ventilauslässe 21 und 22 sind durch eine an das Ventilgehäuse angeformte Scheidewand 31 getrennt, welche ein inneres Gehäuse 32 stützt. Dieses umgibt den Ventilkolben 25 und ist mit A^entilsitzen 33, 34 und 35 \rersehen, die mit dem Ventilkolben 25 dahin zusammenwirken, den Durchfluß des Treibmittels nach den Auslässen 21 und 22 zu steuern. Der Ventilkolben 25 besteht aus einer zylindrischen Muffe 36, die auf dem rohrförmigen Teil 29 gleiten kann, und einem gleichachsig dazu angeordneten Zylinderteil 37 mit ringförmigen Flanschen 38,39, die mit den Ventilsitzen des Innengehäuses 32 zusammenwirken, sowie mit einem weiteren ringförmigen Flansch 40, der mit einem im Gehäuse 24 unterhalb des Auslasses 22 befindlichen Ventilsitz 50 zusammenwirkt. Die Muffe 36 und der zylindrische Teil 37 sind durch Rippen 42 miteinander verbunden, die sich oberhalb der Muffe zu einem Bügel vereinigen, an dem die Ventilstange 27 des Ventils befestigt ist. Der Zutritt des Treibmittels nach dem Innern des Ventils wird durch Öffnungen 43 beherrscht, die sich in der Muffe 36 befinden und bei gewissen Stellungen des Ventils 25 mit entsprechenden Öffnungen 30 des rohrförmigen Teiles 29 zusammenfallen.

Der Zylinder 28 besteht aus einem Stück mit dem Deckel 44 des Ventilgehäuses 24. Ein Kanal 46 in dem Deckel 44 verbindet den oberhalb des Ventils 25 befindlichen Dampfraum mit dem unterhalb des Kolbens 26 gelegenen Zylinderraum 28, und in diesem Kanal befindet sich ein Einstellventil 47, welches einen beschränkten Durchfluß des Treibmittels durch den Kanal gestattet. Ein anderer Kanal 48 verbindet den unteren Teil des Zylinderraumes 28 mit einer in dem Oberteil 44 vorgesehenen Kammer 51, die dem äußeren Atmosphärendruck ausgesetzt ist. Der Kanal 48 ist von soleher Größe, daß er den Austritt des durch den Kanal 46 in den Zylinder 28 hineingelangten Treibmittels gestattet, indessen wird er durch das Ventil 23 gesteuert. Dieses Steuerventil befindet sich in einem mit entsprechenden Öffnungen ausgestatteten Ventilgehäuse 52, das durch die Kammer 51 hindurchreicht und in deren Wandungen untergebracht ist. Von einer auf der Turbinenwelle 56 lose sitzenden Hülse 53 wird die längsweise Bewegung des Laufzeuges auf das Steuerventil durch Vermittlung eines Hebelwerkes übertragen, welches diese Bewegung in entsprechendem Maße vergrößert, um ein genaues Wirken des Ventils zu sichern. Die Anordnungsweise der Hülse S3 und des Hebelwerkes 54 ist eine solche, daß die Bewegung des Laufzeuges in

der einen Richtung das Steuerventil veranlaßt, den Kanal 48 gegen die Außenluft abzusperren, so daß der Druck im Zylinder 28 unterhalb des Kolbens 26 steigen und das Kolbenventil 25 entgegen einer oberhalb des Kolbens 26 um den Stiel 27 herumgelegten Feder 55 nach oben gehen lassen kann. Die längsweise Bewegung der Laufwelle in der entgegengesetzten Richtung veranlaßt das Steuerventil, den Kanal 48 nach der Außenluft zu öffnen, so daß nun das Treibmittel aus dem Zylinder 28 ausströmen und die Feder 55 das Ventil 25 abwärts bewegen kann.

Unter gewöhnlichen Umständen, d. h. wenn das Laufrad der Turbine einem äußeren Druck nicht ausgesetzt ist, nimmt es eine mittlere Stellung ein, und das Steuerventil 23 ist so eingestellt, daß die Öffnungen 43 und 30 geschlossen sind, so daß weder durch den Auslaß 21 noch durch den Auslaß 22 Treibmittel strömen kann. Ist das Laufrad einem Druck ausgesetzt, der es in Richtung des Pfeiles in Fig. ι bewegt, dann wird das Steuerventil 23 im Sinne des Absperrens des Kanals 48 nach der Außenluft bewegt und veranlaßt dadurch ein Heben des Kolbenventils 25 in seine' höchste Stellung entgegen der Wirkung der Feder 55, so daß nun die Verbindung zwischen dem Einlaß 19 und dem Auslaß 22 geöffnet wird. In solchem Falle gelangt Treibmittel aus dem Kanal 7 unmittelbar nach der Abteilung 17 des letzten Abschnittes. Infolge hiervon ist dann der Treibmitteldruck am Einlaßende der Abteilung 17 größer als am Einlaßende der Abteilung 16, so daß dadurch ein überwiegender Druck entgegengesetzt zu der Richtung des äußeren, auf das Laufrad wirkenden Druckes entsteht. Findet aus irgendeiner Ursache eine Umkehrung des von außen auf das Laufrad wirkenden Druckes statt, dann bewegt sich das Laufrad in einer dem Pfeil in Fig. 1 entgegengesetzten Richtung, und das Ventil 23 öffnet dann den Kanal 48 ins Freie, so daß nun die Feder 55. das Ventil 25 im Sinne des Schließens des Auslasses 22 und Öffnens des Auslasses 21 nach unten drücken kann. Bei Eröffnung des Auslasses 21 tritt Druckmittel aus dem Kanal 7 unmittelbar nach der Abteilung 16 der letzten Stufe, und infolgedessen überwiegt der durch das Treibmittel auf das Laufrad zur Wirkung gebrachte Druck in Richtung des Pfeiles, d. h. entgegengesetzt zu der Richtung des auf das Laufrad wirkenden Druckes. Durch die Ver-Schiebung des Laufrades wird also die Stellung des Ventils 18 auf selbsttätige Weise so geregelt, bis der der einen oder anderen Abteilung des letzten Abschnittes zugeführte und um die Zwischenstufe herumgeleitete Dampfdruck eben genügt, um die störende Druckwirkung aufzuwiegen, so daß das Laufrad für verschiedene störende Druckwirkungen nur wenig verschiedene . Stellungen einnehmen wird. Wenn das Laufzeug von der auf ihn verschiebend wirkenden Beeinflussung wieder befreit wird, dann bewegt ihn der überwiegende Treibmitteldruck in seine gewöhnliche Stellung zurück, wodurch das Steuerventil veranlaßt wird, den Durchfluß von Treibmittel durch das Umleitungsventil 18 nach dem letzten Abschnitt abzusperren. Durch das Herumleiten von Dampf um die Zwischenstufe nach der Niederdruckstufe wird die Nutzleistung der Turbine erhöht, aber der selbsttätige Geschwindigkeitsregler veranlaßt eine Verminderung des der Turbine zugeführten Dampfquantums und erhält dadurch die Geschwindigkeit der Turbine auf gleicher Höhe.

Zur Bedienung des Ventils 18 können verschiedenerlei Einrichtungen verwendet werden. So könnte man beispielsweise das beschriebene Steuerventil durch ein elektrisches Relais ersetzen, welches auf nur geringe Längsverschiebungen des Laufrades anspricht.

Claims (4)

1. Pate nt-Ansprüche:

   ι . Verfahren zum Ausgleichen des Achsschubes von mehrstufigen Turbinen, welche wenigstens zum Teil als Überdruckturbinen ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel um eine oder mehrere Turbinenstufen· herumgeleitet und in niedere Stufen des Überdrucksatzes einge- führt wird, um dadurch den Druck in der niederen Stufe oder den niederen Stufen über den für gewöhnlich herrschenden Druck hinaus zu erhöhen.
2. 2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventileinrichtung, welche durch die infolge Auftretens eines nicht ausgeglichenen Achsschubes erfolgende achsiale Bewegung der Turbinenwelle beeinflußt wird, die Treibmittelzuführung nach den verschiedenen Turbinenstufen so regelt, daß der Achsschub aufgewogen wird.
3. 3. Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 2 bei Turbinen mit zwei gleichen, aber entgegengesetzt gerichteten Überdrucksätzen, dadurch gekennzeichnet, daß die achsiale Bewegung der Turbinenwelle ein Ventil so stellt, daß das Treibmittel in eine niedere Stufe desjenigen Überdrucksatzes geleitet wird, dessen Dampfstrom dem auszugleichenden Achs= schub entgegenläuft.
4. 4. Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß. ein Ventil (25) in der einen Stellung

   eine Verbindung zwischen dem einen Auslaß (21) und dem Einlaß (19) herstellt und die Verbindung zwischen dem anderen Auslaß (22) und dem Einlaß (19) absperrt, in einer zweiten Stellung dagegen die Verbindung zwischen dem einen Auslaß (21) und dem Einlaß (19) absperrt und die Verbindung zwischen dem anderen Auslaß (22) und dem Einlaß (19) herstellt, während das Ventil in allen Zwischenstellungen jede Verbindung mit dem Einlaß (19) absperrt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.