DE620444C

DE620444C - Piston steam engine with one or more downstream steam turbines for ship propulsion

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Publication number: DE620444C
Application number: DEB148058D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1931-01-31
Filing date: 1931-01-31
Publication date: 1935-10-21

Description

Im praktischen Schiffsbetrieb fahren die Schiffe häufig die eine Strecke in Ballast und nur die andere im vollbeladenen Zustand. In Ballastfahrt ist entsprechend dem geringeren Tiefgang und dem Bestreben, mit möglichst geringem Brennstoffaufwand zu fahren, die aufzuwendende Antriebsleistung verhältnismäßig gering. In diesem Falle werden, wenn die Maschinenanlage aus KolbenmaschinenIn practical ship operation, the ships often travel one route in ballast and only the other when fully loaded. In ballast travel is correspondingly the lower Draft and the endeavor to drive with the lowest possible fuel consumption, the drive power to be expended is relatively low. In this case, if the machine system from piston engines

»ο mit nachgeschalteten Abdampfturbinen besteht, die Abdampfturbinen nicht voll ausgenutzt, da der Druck vor den Turbinen infolge der kleineren Füllung des Hochdruckzylinders zu gering wird.»Ο there is a downstream exhaust turbine, the exhaust steam turbines are not fully used because the pressure in front of the turbines is a result the smaller filling of the high pressure cylinder is too low.

Nach der Erfindung soll diese Maschinenanlage für solche Fälle so gebaut werden, daß sie sowohl im leeren als auch im beladenen Zustande des Schiffes möglichst ökonomisch und mit bestem Wirkungsgrad der Abdampfturbine gefahren werden kann. Zu diesem Zweck wird die für die jeweils verlangte Höchstleistung bemessene Abdampfturbine in zwei oder mehr Schaufelgruppen oder Einzelturbinen unterteilt, von denen bei kleiner Fahrt nur eine oder einzelne Gruppen oder Einzelturbinen Dampf erhalten und die andere oder anderen leer mitlaufen oder abgeschaltet sind, während bei voller Fahrt alle Gruppen oder Einzelturbinen im Dampfstrom liegen.According to the invention, this machine system is to be built for such cases that they are as economical as possible both in the empty and in the loaded state of the ship and the exhaust turbine can be operated with the best possible efficiency. For this purpose, the required for each High performance exhaust steam turbine in two or more blade groups or individual turbines divided, of which only one or individual groups or individual turbines receive steam during a short trip and the other or others run along empty or switched off, while at full speed all groups or individual turbines are located in the steam flow.

Diese Bauart bietet den Vorteil, die Leistung der Abdampfturbine ohne weiteres den geringeren Dampfmengen bei kleineren Fahrten durch entsprechende Ausbildung oder Schaltung der hierfür verwendeten Einzelgruppen oder Turbinen in wirtschaftlichster Weise anpassen zu können.This type of construction offers the advantage that the output of the exhaust steam turbine is easily lower Steam quantities for smaller journeys through appropriate training or switching of the individual groups used for this purpose or to adapt turbines in the most economical way.

Die Zeichnungen zeigen schematisch einige Ausführungsbeispiele.The drawings show schematically some exemplary embodiments.

Abb. r ist eine Vorderansicht einiger Teile der Kolbenmaschine und des Übersetzungsgetriebes, die mit der im Längsschnitt dargestellten Abdampfturbine' zusammenhängen.Fig.r is a front view of some parts of the reciprocating engine and the transmission gear, which are related to the exhaust steam turbine shown in longitudinal section.

Abb. 2 und 3 zeigen in Endansicht und Grundriß eine Ausführungsform mit mehreren auf getrennten Wellen angeordneten Teilen der Abdampfturbine.Figures 2 and 3 show in end elevation and plan a multiple embodiment parts of the exhaust steam turbine arranged on separate shafts.

Abb. 4 ist ein Grundriß einer Anlage für Zwei wellenantrieb.Fig. 4 is a plan view of a plant for Two shaft drive.

Abb. 5 und 6 zeigen im Längsschnitt zwei weitere Ausführungsformen der unterteilten Abdampfturbine.Fig. 5 and 6 show in longitudinal section two further embodiments of the subdivided Exhaust turbine.

Die Abdampfturbine A ist in bekannter Weise über ein Dampfumschaltventil V, das den Dampfweg entweder zur Turbine oder über den Abdampfbogen B zum Kondensator C freigibt, an den Niederdruckzylinder N der Kolbenmaschine K angeschlossen und treibt mittels des Ritzels R das Zahnradvorgelege an, das die Turbinenleistung auf die von der Kolbenmaschine angetriebene Hauptwelle überträgt.The exhaust steam turbine A is connected in a known manner to the low-pressure cylinder N of the piston engine K via a steam switching valve V, which releases the steam path either to the turbine or via the exhaust arc B to the condenser C and, by means of the pinion R, drives the gear train that generates the turbine power the main shaft driven by the piston engine transmits.

Wie Abb. 1 zeigt, ist die Abdampfturbine in zwei auf gemeinsamer Welle w angeordnete Schaufelgruppen oder Einzelturbinen α, b As Fig. 1 shows, the exhaust steam turbine is in two blade groups or individual turbines α, b arranged on a common shaft w

zerlegt, deren jede eine besondere Dämpfzuleitung C₁ d hat. Sie können einzeln oder parallel beaufschlagt werden. Die Einzelturbine b ist als Doppelstromturbine ausgebildet. Ihre Dampfzuleitung d ist durch den für beide Turbinenteile gemeinsamen Abdampfstutzen e gelegt. In die Dampfzuleitung d sind Drosselklappen fj g eingebaut, von denen die vordere f dazu dient, die Teilturbine h aus dem Dampfweg zu schalten. Die andere Drosselklappe g ist in einer die beiden Schaufelgruppen der Turbine b unterteilenden Zwischenwand h angeordnet undermoglicht eine Dampfverteilung ' auf eine oder beide Schaufelgruppen. Bei voller Fahrt sind die Klappen f, g geöffnet, und sämtliche Turbinenteile liegen im Dampfstrom, wie die eingezeichneten Pfeile zeigen. Bei kleiner Fahrt wird die Doppelstromturbine b durch Schließen der Klappe / aus dem Dampfweg geschaltet und läuft mit dem Turbinenteil a, der dann allein Dampf erhält, leer mit. Letzterer ist der kleinen Fahrtleistung entsprechend bemessen, so daß die Anlage auch bei kleiner Leistung mit bestem Wirkungsgrad arbeitet. Die Anordnung der Klappe / und die Unterteilung der Doppelstromturbine b durch die Wand h und die Klappe g ermöglichen weitere Leistungsabstufungen. Bei geöffneter Klappe f und ge- schlossener Klappe g kann der Dampf gleichzeitig durch den Turbinenteil, α und eine Hälfte der Doppelstromturbine b strömen. Ferner kann die Klappe g so eingestellt werden, daß der einen Schaufelgruppe der Doppelstromturbine mehr Dampf als der anderen Gruppe zugeführt wird. Erst bei voller Leistung der Anlage wird die Klappeg so weit geöffnet, daß beiden Schaufelgruppen gleichmäßig Dampf zugeleitet wird. Die beiden Hälften der Doppelstromturbine können auch noch verschiedene Querschnitte oder Stufenzahlen besitzen. Bei kleinerer Fahrt würde dann immer eine Hälfte beaufschlagt bleiben, die für diesen Fall mehr Stufen als die andere Hälfte besitzt.disassembled, each of which has a special damping line C ₁ d . They can be applied individually or in parallel. The single turbine b is designed as a double-flow turbine. Your steam supply line d is laid through the exhaust steam connection e that is common to both turbine parts. Throttle valves fj g are built into the steam supply line d , of which the front f is used to switch the turbine section h out of the steam path. The other throttle valve g is arranged in an intermediate wall h which divides the two groups of blades of the turbine b and enables steam to be distributed to one or both groups of blades. At full speed, the flaps f, g are open and all turbine parts are in the steam flow, as the arrows shown show. When driving slowly, the double- flow turbine b is switched out of the steam path by closing the flap / and runs along with the turbine part a, which then only receives steam, empty. The latter is dimensioned according to the small mileage, so that the system works with the best efficiency even with low power. The arrangement of the flap / and the subdivision of the double- flow turbine b by the wall h and the flap g allow further performance gradations. With the flap f open and the flap g closed , the steam can flow simultaneously through the turbine part α and one half of the double- flow turbine b. Furthermore, the flap g can be adjusted so that more steam is supplied to one group of blades of the double-flow turbine than to the other group. Only when the system is at full capacity is the flap opened so wide that steam is evenly supplied to both groups of blades. The two halves of the double-flow turbine can also have different cross-sections or numbers of stages. In the case of a shorter journey, one half would then always remain loaded, which in this case has more steps than the other half.

.Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die unterteilte Abdampfturbine eingehäusig ausgebildet. Sie kann aber auch mehrgehäusig gestaltet sein, wie das Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 und 3 zeigt. Hier sind auf getrennten Wellen drei Teilturbinen A¹, A^z, A³ angeordnet, deren jede mit einem besonderen Ritzel R¹, R², R³ auf ein gemeinsames großes Rad G des Übersetzungsgetriebes arbeitet.In this exemplary embodiment, the subdivided exhaust steam turbine is designed as a housing. However, it can also be designed with multiple housings, as the exemplary embodiment according to FIGS. 2 and 3 shows. Here three turbine sections A ¹ , A ^z , A ³ are arranged on separate shafts, each of which works with a special pinion R ¹ , R ² , R ³ on a common large wheel G of the transmission gear.

Jede Teilturbine ist durch eine besondere Abzweigung i,kj m mit der vom Dampf umschaltventil V ausgehenden Dampfzuleitung D verbunden, so daß sie bei voller Fahrt sämtlich parallel beaufschlagt werden. Für zwei Teilturbinen, beispielsweise für die Turbinen A¹ und A^s, sind in den Dampfzuleitungen k, m Drossel- oder Absperrvorrichtungen η, ο vorgesehen, so daß bei kleineren Fahrtleistungen diese beiden Turbinen vollständig oder teilweise aus dem Dampfweg geschaltet werden. Die Teilturbinen können auch unter sich verschiedene Stufenzahlen entsprechend verschiedenen kleineren Fahrtleistungen haben und entsprechend diesen Leistungen entweder je für sich oder in geeigneter Verteilung beaufschlagt werden.Each turbine section is connected by a special junction i, kj m to the steam supply line D emanating from the steam switching valve V , so that they are all acted upon in parallel when the vehicle is at full speed. For two sub-turbines, for example for turbines A ¹ and A ^s , throttling or shut- off devices η, ο are provided in the steam feed lines k, m , so that these two turbines are completely or partially switched out of the steam path for shorter journeys. The turbine sections can also have different numbers of stages corresponding to different smaller mileages and can be acted upon either individually or in a suitable distribution according to these performances.

Eine beispielsweise Anordnung für Mehrwellenschiffe zeigt Abb. 4. Bei einer solchen Anlage handelt es sich um die Aufgabe, der verringerten Leistung mehrerer gleichzeitig arbeitender Kolbenmaschinen, die Leistung der nachgeschalteten Abdampfturbinen in wirtschaftlicher Weise anzupassen. Das wird z. B. dadurch erreicht, daß der Abdampf mehrerer oder aller vorhandenen Kolbenmaschinen auf eine Abdampfturbine geschaltet wird. Zu diesem Zwecke sind die Kolbenmaschinen beispielsweise durch eine gemeinsame Abdampfleitung L verbunden oder die zu den Turbinen führenden Abdampf leitungen der Maschinen entsprechend vereinigt. In die Verbindungsleitung ist ein Absperrorgan 6" eingeschaltet. Bei voller Fahrt ist dieses geschlossen, und jede Kolbenmaschine K mit angehängter Abdampfturbine A treibt die zugehörige Hauptwelle. Bei kleinerer Fahrt wird die eine oder andere Abdampfturbine durch entsprechende Einstellung des zugehörigen Dampfumschaltventils V aus dem Dampfweg geschaltet, das Organ 5 geöffnet und der Abdampf der betreffenden Kolbenmaschine durch die Leitung L der anderen Abdampfturbine oder einem hierfür vorgesehenen, vorher leer mitlaufenden Teil zugeleitet. Diese Ausführungsform hat noch den besonderen Vorteil, daß man bei kleiner Fahrt die Kondensationsanlage der einen Seite außer Betrieb setzen und Reinigungs- oder Instandsetzungsarbeiten an dieser ausführen kann. _An example of an arrangement for multi-shaft ships is shown in Fig. 4. The task of such a system is to adapt the output of the downstream steam turbines to the reduced output of several piston engines operating at the same time. This is z. B. achieved in that the exhaust steam of several or all existing piston engines is switched to an exhaust turbine. For this purpose, the piston engines are connected, for example, by a common exhaust line L or the exhaust lines of the machines leading to the turbines are combined accordingly. A shut-off element 6 ″ is switched on in the connecting line. When the vehicle is running at full speed, it is closed and each piston engine K with attached exhaust turbine A drives the associated main shaft. During shorter journeys, one or the other exhaust turbine is switched out of the steam path by setting the associated steam switching valve V accordingly , the organ 5 is opened and the exhaust steam of the piston machine in question is fed to the other exhaust steam turbine or to a part previously idle provided for this purpose through line L. This embodiment also has the particular advantage that the condensation system on one side is put out of operation when the trip is short and can carry out cleaning or repair work on it. _

Die Unterteilung der Abdampfturbine und die damit zusammenhängende Gestaltung und Steuerung der Dampfwege lassen sich natürlich auf mannigfache Art lösen, entsprechend den jeweils vorliegenden besonderen Bedingungen. Weitere Beispiele solcher Ausführungsmöglichkeiten zeigen die Abb. 5 und 6.The subdivision of the exhaust turbine and the associated design and Control of the steam paths can of course be solved in a variety of ways, accordingly the respective existing special conditions. Further examples of such design options Fig. 5 and 6 show.

Bei der Ausführungsform nach Abb. S sind auf gemeinsamer Welle hintereinander drei Sehaufelgruppen p, q, r in einem gemeinsamen Gehäuse^ angeordnet. Zu jeder Gruppe führt innerhalb des Gehäuses vom Dampfeintrittstutzen E aus ein besonderer, mit Drosseloder Absperrorgan p\ q¹, r¹ versehener Dampfweg. Ferner sind Zwischenwände s, t mit Drossel- oder Absperrorganen s¹, t¹ vorgesehen. Durch die Absperrorgane r¹, s¹ kannIn the embodiment according to Fig. S, three groups of blades p, q, r are arranged one behind the other on a common shaft in a common housing ^. A special steam path with a throttle or shut-off device p \ q ¹ , r ¹ leads to each group within the housing from the steam inlet nozzle E. In addition, partition walls s, t with throttle or shut-off devices s ¹ , t ^{1 are} provided. Through the shut-off devices r ¹ , s ¹ can

der unmittelbare Dampfweg zur letzten Schaufelgruppe r gesperrt werden. Die Zwischenwand t mit dem Absperrorgan t¹ ermöglicht den unmittelbaren Übertritt des die Gruppen p, q verlassenden Dampfes in den Abdampfstutzen F₁ was zweckmäßig ist, um Bremsverluste im Trommelteil r zu vermeiden. the direct steam path to the last blade group r must be blocked. The partition t with the shut-off device t ¹ enables the steam leaving the groups p, q to pass directly into the exhaust steam connection F _1, which is useful in order to avoid braking losses in the drum part r.

Diese Anordnung ermöglicht die durch dieThis arrangement enables the through the

ίο eingezeichneten Pfeile angedeuteten Dampfführungen. Bei kleiner Fahrt, d. h. bei geringer Dampfmenge, werden die ersten beiden Schaufelgruppen p, q benutzt. Die Klappen q¹, s¹ sind geschlossen, die übrigen Klappen geöffnet. Der Dampf nimmt dann den durch die Pfeile 1 bezeichneten Weg. Will man bei derselben Dampfmenge ein besonders hohes Vakuum im Kondensator ausnutzen, so kann man den durch die Pfeile 2 bezeichneten Dampfweg durch sämtliche Schaufelgruppen wählen. In diesem Falle sind die Klappen q^l, s¹, r¹, t¹ geschlossen. Für eine Zwischenleistung, die eine Dampfmenge erfordert, die durch die Vorschaltgruppe p nicht oder nicht wirtschaftlich verarbeitet werden kann, wählt man den Dampf weg entsprechend den Pfeilen 3, wodurch der Dampf gleich der für größere Mengen bemessenen Zwischengruppe q und darauf der Gruppe r zugeführt wird. Die Klappe q¹ ist dann geöffnet, die Klappen J¹, r¹, t¹ sind geschlossen. Ebenso kann die Klappe ρ¹ geschlossen sein. Sie kann aber auch so eingestellt sein, daß noch eine geringe Dampfmenge dauernd durch die Vorschaltgruppe p strömt, wodurch die Ventilationsarbeit verringert wird. Bei Höchstleistung kann man den Dampfweg entsprechend den Pfeilen 4 wählen, wobei der Dampf nur die Schaufelgruppe r durchströmt, die für diese Leistung entsprechend bemessen ist.ίο indicated arrows steam guides. The first two groups of paddles p, q are used for short journeys, ie with a small amount of steam. The flaps q ¹ , s ¹ are closed, the other flaps are open. The steam then takes the path indicated by the arrows 1. If you want to use a particularly high vacuum in the condenser with the same amount of steam, you can choose the steam path through all blade groups indicated by the arrows 2. In this case the flaps q ^l , s ¹ , r ¹ , t ^{1 are} closed. For an intermediate output that requires an amount of steam that cannot or cannot be processed economically by the upstream group p , the steam path is selected according to the arrows 3, whereby the steam is supplied to the intermediate group q , which is dimensioned for larger amounts, and then to group r . The flap q ¹ is then open, the flaps J ¹ , r ¹ , t ¹ are closed. The flap ρ ^{1 can also be} closed. However, it can also be set so that a small amount of steam continues to flow through the upstream group p , which reduces the work of ventilation. At maximum power you can choose the steam path according to the arrows 4, the steam only flowing through the blade group r , which is dimensioned accordingly for this power.

Bei einer Doppelstromturbine können mit Hilfe einer zusätzlichen Vorschaltgruppe ähnliche Leistungsverteilungen erzielt werden, was bereits durch die Ausführungsform nach Abb. ι gezeigt wurde. Eine weitere Abart zeigt Abb. 6* Sie unterscheidet sich von derjenigen nach Abb. 1 dadurch, daß die Doppelstromturbine b¹ hinter der Vorschaltturbine al· angeordnet ist. Der Dampf kann auch hier mittels eines Drosselorganes u durch eine oder beide Schaufelgruppen der Doppelstromturbine geleitet werden. Der eintretende Dampf kann durch entsprechende Einstellung des Drosselorganes ν nur durch die Vorschaltstufen oder unmittelbar zur Doppelstromturbine geleitet werden. Das geschieht, wenn die Turbine auf Höchstleistung beansprucht wird. Die Dampfverteilung geht dann entsprechend den Pfeilen 1 vor sich. Der Dampf strömt in diesem Falle bei geöffneter Klappe ν unmittelbar in den Doppelstromteil der Turbine ein und tritt bei geöffneter Klappe u gleichzeitig durch beide Schaufelgruppen b¹ hindurch zum Abdampfstutzen F. Bei kleinerer Leistung oder kleinerer Dampfmenge wird die Klappe ν geschlossen, wodurch die Vorschaltstufen al· in den Dampfweg gebracht werden. Der Dampf verteilt sich in oben angegebener. Weise auf die Doppelstromturbine (s. die Pfeile 2). Bei weiterer Unterteilung der Leistung kann das Drosselorgan u mehr oder weniger geöffnet sein, um durch die eine Schaufelgruppe der Doppelstromturbine eine kleinere Dampfmenge als durch die andere zu schicken. Ist die Leistung oder die Dampfmenge noch kleiner, so wird auch die Klappe u geschlossen, so daß die Vorschaltstufen al· nur einer Schaufelgruppe der Doppelstromturbine vorgeschaltet sind. Der Dampfweg entspricht dann den Pfeilen 3.In the case of a double-flow turbine, similar power distributions can be achieved with the aid of an additional series group, which has already been shown by the embodiment according to Fig. Ι. A further modification is shown in Fig. 6 * 1 differs from that according to Fig. Characterized in that the double-flow turbine b is disposed behind the Vorschaltturbine al · ^1. The steam may even here by means of a throttling member and the double-flow turbine are passed through one or both blade groups. The steam entering can be passed through the upstream stages or directly to the twin-flow turbine by setting the throttle element ν accordingly. This happens when the turbine is used to its maximum capacity. The steam distribution then proceeds according to the arrows 1. In this case, when the flap ν is open, the steam flows directly into the double-flow section of the turbine and, when the flap u is open, it simultaneously passes through both blade groups b ¹ to the exhaust steam connection F. With a lower output or a smaller amount of steam, the flap ν is closed, whereby the upstream stages al · Be brought into the steam path. The steam is distributed in the above. Way to the double-flow turbine (see arrows 2). With further subdivision of the power, the throttle element u can be opened to a greater or lesser extent in order to send a smaller amount of steam through one group of blades of the double-flow turbine than through the other. If the power or the amount of steam even smaller, so the flap is closed and such that the Vorschaltstufen al · are connected upstream of only one group of blades of the double-flow turbine. The steam path then corresponds to the arrows 3.

Claims

Patent claims:

1. Piston steam engine with one or more downstream steam turbines for ship propulsion that works on the same shaft as the piston engine or work, characterized in that the exhaust steam turbine in several, individually or turbines that can be switched in parallel.

2. Embodiment according to claim 1, characterized in that the exhaust turbine consists of a single-flow (α) and double-flow (b, b) turbine, the two halves of the double-flow turbine being designed with different cross-sections or numbers of stages.

3. Embodiment according to claim 1, characterized in that the Einstromabdampfturbine is so divided into turbine parts that the turbine parts each for can be switched to the steam path or in parallel.

For this purpose ι sheet of drawings