DE308332C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

ΐι 308332 - KLASSE 14 c. GRUPPE

in HAMBURG.

Die Erfindung betrifft Dampf- oder Gasturbinenanlagen, die aus Hoch- und Niederdruckturbinen mit Übersetzungsgetrieben bestehen. Anlagen nach der Erfindung unterscheiden sich von bekanntgewordenen Arten, die -allgemein nur Flüssigkeitsgetriebe oder nur Zahnrädergetriebe enthalten, in der Hauptsache dadurch, daß cine langsamer laufende Turbine mittels Flüssigkeitsgetriebe und eine schneller laufende Turbine mittels Zahnrädergetriebe auf eine gemeinsame Schraubenwelle arbeiten. In der zusammengesetzten neuen Einheit kommen zunächst die Flüssigkeits- und Zahnrädergetriebe nur in den jeder Getriebeart eigentümliehen Vorteilen zur Geltung. Eine Überlastung des Zahnrädergetriebes ist bei dessen vorgesehener Verwendung für den Hochdruckteil nicht möglich, da bei zunehmender Belastung in der Regel das Wärmegefälle durch den Druckstau vor dem Niederdruckteil verringert wird. Es wird also bei zunehmender Umfangsgeschwindigkeit der Zahndruck abnehmen. Die bei der Anordnung von Zahnradgetrieben allein abe"r im Niederdruckteil auftretende starke Zunahme des Wärmegefälles und damit der Niederdruckturbinenleistung, welche große Überlastung der Zähne bedingt bzw. große Zahnabmessungen verlangt, ist wirksam durch ein hydraulisches. Übersetzungsgetriebe hinter dem Niederdruckteil vermieden. Beide Getriebearten können also ihren Eigenheiten entsprechend unter günstigsten Bedingungen Verwendung finden, d. h. das Rädergetriebe braucht nicht für ganz große Leistungen und das Flüssigkeitsgetriebe nicht für ganz große Übersetzungen gebaut zu werden.

Dieser Vorteil tritt besonders für den Schiffsantrieb in die Erscheinung, da für alle Anlagen, auch bis zu den größten Leistungen, es in der Regel zur Erreichung der besten Wirtschaftlichkeit wünschenswert ist, den Hochdruckteil rasch laufen zu lassen, d. h. es ist ein hohes Übersetzungsverhältnis erforderlich, das nur durch Zahnradgetriebe mit höchstem wirtschaftlichen Erfolg erzielt werden, kann. Dagegen empfiehlt es sich, für den Niederdruckteil schon mit Rücksicht auf bei raschem Lauf der Turbine zu hohe Beanspruchungen der Turbinentrommeln Scheiben und Schaufeln, geringere Drehzahlen der Turbine und damit mäßige Übersetzungsverhältnisse zu verwenden, wofür mit Vorteil hydraulische Getriebe genommen werden. So braucht der notwendig mit langen Schaufeln ausgerüstete Niederdruckteil bei Verwendung von umsteuerbaren hydraulischen Getrieben nicht umgesteuert zu werden. Es wird also die bei Verwendung der üblichen Vor- und Rückwärtsturbine bestehende, große Möglichkeit einer Schaufelbeschädigung durch Inein-

anderhaken von Leit- und Laufschaufeln infolge von unvermeidlichen Schwingungen beim Rückwärtsgang ausgeschlossen.

Andererseits besteht bei einem Schiffsantrieb nach der Erfindung die Möglichkeit, das Zahnradgetriebe stets nur in einer Drehrichtung laufen zu lassen. Wenn es natürlich auch im Wesen eines Zahnradgetriebes liegt, unter Belastung vorwärts und rückwärts laufen zu können, d. h.

ίο beide Zahnflanken arbeiten zu lassen, so ist es doch von Vorteil, wenn dies vermeidbar ist. Der sich bei der einen Gangart bildende Grat arbeitet sich nämlich bei der anderen Gangart in die Zahnflanke des anderen Rades ein, wo-' durch neben großen Geräuschen schlechtes Arbeiten des Getriebes verursacht wird. Diese Nachteile werden bei dem Gegenstand der Erfindung vermieden, weil für Fälle einer Drehrichtungsänderung der Niederdruckteil mit dem hydraulischen Umsteuergetriebe für Rückwärtsfahrt mit seiner großen Leistung einspringt. In Verbindung hiermit ist es, was insbesondere bei Verwendung von' Heißdampf vorteilhaft ist, nicht nötig, bei Fahrtwechsel plötzlich kalte (Rückwärts-) Turbinen anzustellen. Gefahren für die Schaufeln infolge von plötzlichen Wärmespannungen und Verziehungen der Läufe und Gehäuse sind dadurch von vornherein ausgeschlossen. · ■ .

Zu all diesen Vorteilen kommt der Gewinn zweckmäßiger Leistungsverteilung und Leistungsübertragung durch die Verwendung der beiden Getriebearten als zweites Merkmal der Erfindung hinzu, indem der Abdampf der schneller laufenden- Turbine in der langsamer laufenden Turbine derselben oder einer anderen Schraubenwelle weiter arbeitet. Hier dutch wird

; günstiger Dampfverbrauch erzielt, weil alle Turbinen fast stets nur mit den den günstigsten Verhältnissen entsprechenden Drehzahlen und' Belastungen laufen können, also der Gesamtwirkungsgrad der Anlage erhöht wird.

Dementsprechend kann auch die Anlage so getroffen werden, daß insbesondere für Zwei- oder Vierwellenschiffe die eine Schraubenwelle von einer langsamer laufenden Niederdruckturbine, die andere Schraubenwelle von einer schneller laufenden Hochdruckturbine und einer langsamer laufenden Niederdruckturbine angetrieben wird.

Durch die so in Verbindung mit Flüssigkeitsund Rädergetrieben geschaffenen Verbundturbinenanlagen werden bei verschiedenen Ausführungsformen der langsamer laufenden (Niederdruck-) Turbinen und schneller laufenden (Hochdruck-) Turbinen eine Reihe hochwirtschaftlicher Schaltungen ermöglicht, von denen die kreuzweise Schaltung, die Hintereinanderschaltung mit oder ohne Frischdampfzugabe in den Niederdruckteilen und die getrennt durchgeführte Hintereinanderschaltung der schneller und langsamer laufenden Turbinen für die vorliegende Erfindung die wichtigsten sind.

Des weiteren ist ein Kennzeichen der Erfindung, daß die schneller laufenden Turbinen gegebencnfalls durch besondere Bemessung der Beschaufelung der letzten Stufen (bei Marschfahrt oder bei Beschädigungen) auf einen Hilfskondensator für sich arbeiten können, wobei die langsamer laufenden Turbinen und der Hauptkondensator mit dem zugehörigen Hilfs-•maschinenkomplex abgeschaltet werden. Bei abgeschalteten Schnellaufturbinen können hierbei die Langsamlaufturbinen wechselweise auf den Hilfskondensator oder auf den Hauptkondensator arbeiten. . Dadurch wird neben er-. höhte*- Manövrierfähigkeit und Betriebssicherheit erreicht, daß bei verringerten Leistungen auch der Kraftbedarf für Pumpen nud Hilfsmaschinen verringert werden und im Bedarfsfalle der Hauptkondensator und die Hilfsmaschinen für den Niederdruckteil der Anlage gereinigt oder ausgebessert werden können.

Verschiedene Ausführungsformen von Schiffsturbinenanlagen nach der Erfindung sind auf der Zeichnung in den Fig. 1 bis 5 schematisch dargestellt.

Nach Fig. 1 arbeitet die^ schneller laufende Hochdruckturbine 1 über das Zahnradgetriebe 4, 5 und die langsamer laufende Turbine 2 über das Flüssigkeitsgetriebe 3 auf die Schraubenwelle. Der Frischdampf wird der Turbine 1 durch die Leitung 6 über das Absperrorgan 7 zugeführt. Der Abdampf gelangt durch die Leitung 8 über das Absperrorgan 9 in die Turbine 2 oder er kann für andere Zwecke oder zur Kondensation im Haupt- oder Hilfskondensator durch die Leitung 10 weitergeführt werden. Durch die Leitung 11 kann der Turbine 2 Frischdampf für sich oder zusätzlich zu dem die Türbine 1 verlassenden Abdampf zugeführt werden. Der Abdampf der Turbine 2 gelangt seinerseits durch die Leitung 12 in den Hauptkondensator oder Hilfskondensator oder in beide.

Bei äußerster Fahrt arbeiten beide Turbinen zugleich auf die Schraubenwelle und geben den: Abdampf durch die Leitungen 10 und 12 an die Kondensatoren ab. - .

Bei Hauptfahrt treibt die vorgeschaltete Hochdruckturbine über das Zahnradgetriebe und die langsamer laufende Turbine 2 über das Flüssigkeitsgetriebe 3 auf die Welle.

Bei Marschfahrt übernimmt die schneller laufende Turbine 1 über das Zahnradgetriebe 4, 5 allein den Wellenantrieb, wobei der Abdampf vorzugsweise nur in den Hilfskondensator durch Leitung 10 geführt wird, so daß. Turbine 2 und der Hauptkondensator nebst den Hilfsmaschinen für den Niederdruckteil der Anlage stillgesetzt werden können. .

Zur Rückwärtsfahrt mit Turbine 2 wird das Flüssigkeitsgetriebe 3 umgesteuert und ent-

weder das Zahnradgetriebe 4, 5 rückwärts mitgenommen oder abgeschaltet und die schneller laufende Hochdruckturbine 1 stillgesetzt. Es kann aber auch in der bisher üblichen Weise durch Dampfleitung 13, in . die das Absperrventil 14 eingebaut ist, eine Rückwärtsbeschaufelung der Turbine 1 beaufschlagt werden. Die Turbine 2 kann in diesem Fall stillgesetzt oder der Hochdruckturbine nachgeschaltet werden.

In der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 2 ist zu dem Turbinensatz nach Fig. 1, der vom Schiffsende aus gesehen beispielsweise

. rechtsseitig angeordnet ist, ein aus einer zweiten langsam laufenden Turbine 2 und aus einem zweiten Flüssigkeitsgetriebe 3 bestehender Turbinensatz hinzugetreten.

Durch diese Anordnung ist die Möglichkeit geschaffen, bei Zwei- oder Vier wellenschiffen den Abdampf der schneilauf enden Turbine 1 auch in der langsamer laufenden zweiten Turbine 2 einer anderen Schraubenwelle weiter arbeiten zu lassen. Wie nach Fig. 1 gelangt der Frischdampf zur Turbine ι durch die Leitung 6 über das Organ 7 und der Abdampf, der durch die Leitung 11 mit Zusatzdampf aufgebessert werden kann, durch die Leitung 8 und über das Organ 9 in die langsamer laufende zweite Turbine 2 auf der anderen Welle. Die der Turbine 1 zur gleichen Welle zugeordnete erste Turbine 2 erhält gegebenenfalls für sich Frischdampf durch einen Abzweig der Leitung 11 über ein zweites Organ 9. Durch die Leitungen 11 ist auch eine Verbindung der beiden Niederdruckturbinen unter sich möglich.

Bei äußerster Fahrt arbeiten beispielsweise alle drei Turbinen in der angegebenen Schaltung gleichzeitig auf die Wellen, bei Hauptfahrt dagegen nur die beiden sich entsprechenden Langsamlaufturbinen 2 über die beiden Flüssigkeits-

getriebe 3.. Bei Marschfahrt ist die erste Turbine 2 durch das entleerte Flüssigkeitsgetriebe 3 vom Antrieb abgeschaltet. Zur Rückwärtsfahrt werden das eine oder die beiden Flüssigkeitsgetriebe 3 umgesteuert und wie bei der Anlage nach Fig. 1 das Zahnradgetriebe 4, 5 mitgenommen oder abgeschaltet und dadurch die Hochdruckturbine ι stillgesetzt.

In Fig. 3 ist eine Schiffsturbinenanlage niedergelegt, die^eine Verdopplung der Anlage nach Fig. ι in besonderer Schaltung darstellt. Die schneller laufende Hochdruckturbine 1 der einen Welle gibt ihren Abdampf in die langsamer laufende Niederdruckturbine 2 einer anderen' Welle in kreuzweiser Schaltung ab. Die an Hand der Fig. 1 und 2 besprochenen Betriebsmöglichkeiten treten hier in erhöhtem Maße auf. Die Turbinenanlage nach Fig. 4 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 3 durch die Dampfschaltung. Die schneller laufenden Hochdruckturbinen 1 und die langsamer laufenden Niederdruckturbinen 2 sind bei Frischdampfzuschaltung hintereinandergeschaltet. Die Hochdruckturbinen zusammen und die Niederdruckturbinen für sich können nach Bedarf einzeln betrieben und für sich auf Kondensation geschaltet werden. Die Turbinen 2 können über die Organe 9 auch in paralleler Schaltung miteinander arbeiten. Ein Teil des Abdampfes aus den Turbinen ι kann bei Überlast der Turbinen 2 durch die Abdampfleitung 10 in den Hilfskondensator, der Abdampf aus den Turbinen 2 durch die Abdampfleitung 12 in den Hauptkondensator geleitet werden oder umgekehrt.

Die Turbinen anlage nach Fig. 5 veranschaulicht beispielsweise eine Ausführung der Erfindung für ein Dreiwellenschiff. In dieser Anordnung sind die schneller laufenden Hochdruckturbinen ι und die langsamer laufenden Niederdruckturbinen 2 für .sich schaltbar einander zu-, geordnet und der Abdampf der Hochdruck- sowie der Abdampf der Niederdruckturbinen sind für sich getrennt niederschlagbar. Dadurch wird eine Entlastung des Niederdruckschaufelaustrittsquerschnittes der "Turbine 2 erzielt, d. h. bei gleichem Austrittsverlust ist eine höhere Turbinendrehzahl der Turbine 2 möglich. In der Regel wird der Abdampf der schneller laufenden Turbinen in einen Hilfskondensator geleitet, während die langsamer laufenden Turbinen auf den Hauptkondensator arbeiten. Es steht aber nichts im Wege, die Langsamlaufturbinen auf den Hilfskondensator und die Schnellaufturbinen auf den Hauptkondensator arbeiten zu lassen oder die Abdampfwege beider Turbinenarten so miteinander zu schalten, daß die Niederschlagsarbeit für die einzelnen Fahrten auf beide Kondensatoren verteilt werden kann. Die einzelnen Teile, die mit denen der Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 bis 4 übereinstimmen, haben die gleichen Bezugszeichen erhalten. Die seither besprochenen Fahrten können auch hier eingehalten werden.

Claims (7)

P A T E N T - A N S P R ti C H E :

1. Dampf- oder Gasturbinenanlage für Schiffsantrieb, bestehend aus Hoch- und Niederdruckturbinen mit Übersetzungsgetrieben, dadurch gekennzeichnet, daß eine langsamer laufende Turbine mittels Flüssigkeitsgetriebe und eine schneller laufende Türbine mittels "Zahnradgetriebe auf eine gemeinsame Schraubenwelle arbeiten.

2. Dampf- oder Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdampf der schneller laufenden Türbine in der langsamer laufenden Turbine •derselben oder einer anderen, Schraubenwelle weiter arbeitet.

3. Dampf- oder Gasturbinenanlage nach Anspruch 1 und 2, insbesondere für Zwei- oder Vierwellenschiffe, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Schraubenwelle von einer

langsamer laufenden Niederdruckturbine, die andere Schraubenwelle von einer schneller laufenden Hochdruckturbine und einer langsamer faufenden Niederdruckturbine angetrieben wird (Fig. 2).

4. Dampf- oder Gasturbinenanlage nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei schneller faufende Hochdruckturbinen und zwei langsamer laufende Niederdruckturbinen in kreuzweiser Schaltung zueinander angeordnet sind (Fig, 3).

5. Dampf- oder Gasturbinenanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei schneller laufende Hochdruckturbinen und zwei langsamer laufende Niederdruckturbinen mit oder ohne jeweilige Zuschaltung von Frischdampf fortlaufend hintereinander-geschaltet sind (Fig. 4).

6. Dampf- oder Gasturbinenanlage nach Anspruch 1 und 2, insbesondere für Dreiwellenschiffe, dadurch gekennzeichnet, daß drei schneller laufende Turbinen unter sich und drei langsamer laufende Turbinen unter sich unabhängig voneinander hintereinander geschaltet sind (Fig. 5).

7. Dampf- oder Gasturbinenanlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Marschfahft die schneller laufenden Turbinen auf einen Hilfskondensator arbeiten, so daß die langsamer laufenden Türbinen und der Hauptkondensator abschaltbar sind und bei den übrigen Fahrten die Schnellaufturbinen und die Langsamlaufturbinen wechselseitig auf den Hilfskondensator und auf den. Hauptkondensator arbeiten. ' ■

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.