stoomturbine.nl
*

De zoellyturbine

Start
De gelijkdruk en overdrukturbine
De deLavalturbine
De zoellyturbine
De curtisturbine
De parsonsturbine
De stal turbine of ljungstromturbine
Gecombineerde Turbinesystemen
De gasturbine

Stoomeigenschappen
Condensor
De Smering
Materiaal eigenschap
Onderdelen turbine
Stoom Tabellen

Foto's stork turbines
Platen
Technische tekeningen

links
Activiteiten

Ljungstrom turbine uit de Ingenieur 1915

Twee Werkspoor Stal Turbogeneratoren van 17000/22500 kW, uit het blad de Ingenieur


De Zoelly turbine deze turbine worden met gelijkdruk zonder snelheidstrappen vervaardigd.
De firma Escher, Wyss en Co in Zurich, was de eerste, die de Zoelly turbine construeerde in 1903.
Sinds jaren daar na werd hij door vele firma's in Europa gebouwd.
In ons land door de firma Gebr. Stork en Co in Hengelo, zijn tal van deze machines in verschillende uitvoeringen gebouwd.

En een stukje uit de ingenieur over de Zoelly turbine 1909 als PDF

Zoelly condensatie stoomturbine, direct gekoppeld met een 3000-toerige draaistroomgenerator
De turbine van Zoelly

   

In fig.64 hiernaast is een dergelijke, 10.traps turbine in lengtedoorsnede afgebeeld
 

de plaat hier boven

naar boven

Dit is een uitvoering van de ongeveer de jaren 50,  maar de afbeelding is kenmerkend voor de inrichting van een turbine van dit systeem.
Het is een machine, die dient voor het drijven van een grote wisselstroomgenerator in een elektrische centrale.
Het vermogen bedraagt 15000 pk bij een snelheid van 3000 omw./min.
De turbine is gebouwd door de bekende Zwitserse firma Escher Wyss, waarvan Zoelly technisch directeur was, toen zij de eerste naar hem genoemde turbine in 1903 vervaardigde.
De in de figuur bijgeschreven hoofdmaten tonen weer duidelijk aan, hoe klein deze turbine is in verhouding tot het grote vermogen, dat zij ontwikkelt.
De verse stoom komt binnen door het ringvormige kanaal aan de linkerkant.
Het soortelijke volume van de stoom is hier nog gering, zo dat ook de schoepen van het eerste loopwiel laag zijn.
Bij elke volgende trap worden de schoepen hoger, zodat die in het laatste wiel een werkzame lengte hebben van 35cm.
In deze betrekkelijk korte machine moet de stoom dan ook geheel expanderen van keteldruk tot condensorspanning, het geen op deze korte weg een zeer sterke toeneming van het soortelijke volume betekent.
Wat bij deze turbine dan ook onmiddellijk in het oog loopt, is het buitengewoon grote afvoergedeelte voor de stoom naar de condensor.
In deze afvoertuit zijn nog enige gebogen schotten aangebracht, die de afgewerkte stoom regelmatig geleiden en zonder wervelingen naar de condensor doen stromen, zodat de weerstand en dus even­eens de tegendruk zo veel mogelijk worden verminderd.
De condensor sluit hier onmiddellijk aan tegen de onderste flens van de afvoertuit.
In tegenstelling met wat we bij de turbine van De Laval hebben waargenomen is' hier de as vrij zwaar, terwijl de tien loopwielen heel licht zijn uitgevoerd.
Aan de voorzijde is de as voorzien van een klein kraagblok, dat wijziging in de ligging van de rotor voorkomt.
Dit blok kan licht zijn, daar bij deze turbines, zoals we weten, geen druk in as richting optreedt, omdat er geen verschil bestaat tussen de druk van de stoom aan de voorkant en die aan de achterkant van de loopwielen.
De loopwielen van deze turbine hebben de normale gedaante.
De naaf is breed en dik en het wielvlak loopt naar buiten dunner toe.
Deze vorm maakt het mogelijk, dat de materiaalspanning per vlakte-eenheid, veroorzaakt door de centripetale krachten, overal in het wiel even groot wordt.
Bovendien is de schijf zo licht mogelijk, omdat er geen overtollige massa aanwezig is.
De rand van het wiel heeft men weer dikker genomen om er de schoepvoet in te kunnen aanbrengen.

 

In fig.65 is een dergelijk wiel op grotere schaal nog eens afzonderlijk afgebeeld.
Gewoonlijk worden de loopwielen op de turbine as gekrompen of hydraulisch geperst.
Draaien over de as wordt bovendien nog belet door een spie.
Om het aanbrengen van de wielen gemakkelijker te maken, draait men de as dikwijls trapsgewijs af, waarbij dan bijvoorbeeld het gat in de naaf voor alle wielen een verschillende diameter heeft.
Bij het opkrimpen of oppersen van de wielen begint men dan met het wiel, dat het grootste gat heeft, omdat dit gemakkelijk over alle dunnere gedeelten kan passeren.
Daarna komen achtereenvolgens de wielen met kleinere as openingen aan de beurt.
Alle loopwielen samen worden in de regel aan voor- en achterzijde nog opgesloten door een moer op de as, of door een kraag op de as aan het ene einde en een moer aan het andere einde. Als materiaal voor de turbineschijven gebruikt men gegoten staal of smeedstaal.
Zijn de wielen bestemd voor grote omtrekssnelheid, dan moet men nikkelstaal of chroomstaal gebruiken.
Voor de turbine van fig.64 zou dit laatste niet nodig zijn, omdat de omtrekssnelheid van het eerste en die van het laatste wiel onderscheidenlijk slechts 190 en 250 m/sec bedragen. Bij enigszins grote omtrekssnelheid kan men in deze turbinewielen geen gaten voor drukvereffening meer aanbrengen, zoals op pagina over de theorie van de stoomturbine is aangegeven.

naar boven

Daarbij zouden namelijk in de rand van deze openingen zulke grote materiaalspanningen optreden, dat de schijven daar zouden scheuren.
De sterkte van de naaf van een turbinewiel en de goede bevestiging op de as blijven bij grote omwentelingssnelheden altijd moeilijke vraagstukken.
hier boven Fig.66 tussenschoten van de Zoelly turbine
Is daar om de diameter van de wielen niet te groot, dan maakt men de schijven ook wel een geheel met de as.
In dat geval draait men de schijven en de as dus uit een massief blok staal.
De moeilijkheid hierbij is een blok staal te verkrijgen, dat overal, ook binnenin, geheel homogeen is en geen slechte plekken vertoont, die uiteraard pas tijdens het afdraaien voor de dag komen en dan de al voor een groot deel bewerkte rotor waardeloos maken.
In fig.66 is een tussenschot van een Zoelly turbine afgebeeld.
Het is een cirkelvormige schijf, aan de binnenkant van het turbinehuis bevestigt en in het midden voorzien van een opening, die met geringe speling om de naven van de loopwielen past.
Zal men de turbine uit elkaar kunnen nemen, dan moeten deze schotten bestaan uit twee helften, die, evenals het turbine huis, aan elkaar sluiten langs het horizontale middenvlak.
Onder- en bovenhelft van het schot worden vastgemaakt aan onder- en bovenhelft van het turbinehuis.
Wordt de laatste helft er dus afgelicht, dan gaan de bovenhelften van de schotten mede, zodat alle loopwielen vrijkomen.

naar boven

In fig.67 is op vergrote schaal aangegeven, op welke wijze men de beide schothelften in het turbinehuis kan vastmaken.
De juiste plaats bepaalt men met behulp van de neuten A.
Dit zijn vierkante, dikke plaatjes met afgeronde hoeken, die door middel van bouten met verzonken kop aan het schot zijn bevestigd.
In de zijkanten van het turbinehuis zijn gleuven gefreesd, waarin deze neuten passen.
De bovenhelft van het schot zet men vast in de bovenhelft van het huis met twee blokjes B, die zijn ingelaten in de flens van het huis.
Men kan geen flenzen met bouten aanbrengen om beide schothelften aan elkaar te bevestigen; daartoe is niet genoeg ruimte aanwezig.
De sluitvlakken worden dan ook alleen zo zuiver mogelijk afgewerkt en ver­der door de bouten van de rond­ gaande flens aan de buitenkant van het turbinehuis op elkaar ge­drukt, tegelijk met de beide helf­ten van het huis. Slechts is bij het schot van fig.67 een spie ingelaten op het sluitvlak van beide helften, die een betere waarborg geeft tegen stoomlekken en waardoor de twee schothelften

klik op de plaat voor groot

elkaar onderling steunen tegen de zijdelingse stoomdruk. Men vervaardigt de schotten in de regel van gegoten ijzer, voor hoge temperaturen ook van gegoten staal, waaraan molybdeen is toegevoegd.
Waar lichtheid een vereiste is, treft men ook wel schotten van smeedstaal aan.
Naarmate we verder in de turbine komen, neemt het verschil tussen de druk van de stoom aan de voorkant en die aan de achterkant van de schotten af.
Vandaar, dat men de wanddikte geleidelijk naar achter toe kleiner daar neemt de druk af.
Overigens verkrijgen de schotten enigszins een parapluvorm, zodat ze bij matige dikte beter bestand zijn tegen uitwendige druk.
De straalbuisopeningen in de tussenschotten zijn op dezelfde wijze ingericht als die in een straalbuissegment.
Zoals we in de voorgaande hebben besproken.
Men vormt ze dus door gebogen plaatjes vast te gieten in het materiaal van het schot.

naar boven

We hebben er al op gewezen, dat bij deze turbine zowel gedeeltelijke als volle bestrijking wordt toegepast; gedeeltelijke bestrijking bij het begin van de turbine, waar de schoephoogte anders te gering zou worden, volle bestrijking verderop in de turbine, waar het soortelijke volume van de stoom al aanmerkelijk is toegenomen.
Gedeeltelijke bestrijking in het begin van de turbine heeft hier hetzelfde voordeel als bij de Curtisturbine, namelijk dat het niet-werkzame oppervlak, waarlangs de stoomstraal strijkt, tengevolge van de grotere schoephoogte relatief kleiner wordt, het geen de wrijvingsverliezen verminderd.
Volle bestrijking bij een Zoellyturbine, heeft, het voordeel dat de uittree energie van de stoom bij het verlaten van de loopschoepen weer kan worden gebruikt in de volgende trap.
Bij volle bestrijking lopen de openingen door langs de gehele omtrek van het schot; bij gedeeltelijke bestrijking wordt het totale aantal openingen niet op een plaats van het schot geconcentreerd, maar bijvoorbeeld in twee of vier groepen langs de omtrek, op regelmatige wijze verdeeld.
Bij deze turbines wordt de kritieke drukverhouding in een trap niet of zo goed als niet overschreden, zodat de schotjes in de straalbuisopeningen altijd gewone plaatjes van gelijkmatige dikte kunnen zijn, gebogen als die in fig.60, waarbij de doortocht naar het einde toe steeds nauwer wordt.
In fig.66, waar we tegen de achterzijde van het schot kijken, zien we dat de uittree kant van de schotjes niet naar het middelpunt is gericht, maar enigszins is gedraaid, zodat het verlengde van de uittree kant steeds raaklijn is aan een klein cirkeltje in het midden.
Dit heeft men gedaan met het volgende doel: Tussen het einde van het stoomkanaal in het schot en het begin van de loopschoepen bevindt zich een zekere ruimte.
De stoom, die dus bijvoorbeeld uit de bovenste straalbuisopeningen in fig.66 naar buiten treedt, treft niet het kanaal tussen de zich op dat ogenblik in de bovenste stand bevindende loopschoepen, maar een meer naar rechts gelegen kanaal, waar de schoep een zekere boog uit de bovenste stand heeft doorlopen en dus ook weer een zekere hoek maakt met de verticale middellijn van het schot.
De uittree kant van de schotjes moet dus overal een klein bedrag rechtsom zijn gedraaid, wil men er voor kunnen zorgen, dat de stoomstraal de loopschoepen zo bereikt, dat hij hier juist in dezelfde richting valt, die de loopschoepen op deze plaats al hebben verkregen.
Zeer grote tussenschotten, of schotten, die aan een enigszins groot drukverschil zijn blootgesteld, voert men, ter vermeerdering van de sterkte bij een bepaald gewicht, wel uit met een dubbele wand, dus als een platte doos, zie b.v. de eerste schotten in fig.64.
In de zo gevormde ruimte brengt men dan nog versterkingsribben aan.
Het turbinehuis in fig.64 bestaat, van voor naar achter beschouwd, uit twee gedeelten.
Het voorste gedeelte, dat hier alle tussenschotten en loopwielen bevat, is van gegoten staal vervaardigd ter vergroting van de sterkte en omdat de temperatuur hier hoger is dan verderop; de grote afvoertuit met verbinding naar de condensor is van gegoten ijzer, omdat dit deel mechanisch slechts zeer weinig wordt belast.
Zoals gebruikelijk is, wordt het gehele huis bovendien door een horizontaal vlak, dat door de hartlijn van de as gaat, in twee helften verdeeld.
Beide helften zijn door smalle, maar zware flenzen stoomdicht met elkaar verbonden.
De verbindingsbouten plaatst men zo dicht mogelijk tegen de romp, om te verhinderen, dat de flenzen ten gevolge van de stoomdruk in het huis zouden kunnen gaan afwijken.
Het voorste gedeelte van het turbinehuis in fig.64 is bekleed met een dikke isolerende laag, die. Verlies van warmte tegengaat.
De bekleding wordt bijeen gehouden door een lichte plaatstalen mantel, die hier met een dun lijntje is aangegeven.
Ongeveer in het midden van het turbinehuis, op de plaats van het vijfde loopwiel, is een ringvormige ruimte uitgespaard, waarop een leiding is aangesloten.
Deze dient om daar stoom aan de turbine te onttrekken, die wordt gebruikt om het voedingwater voor te warmen.
Een dergelijke inrichting treft men zeer dikwijls aan, ook bij andere soorten van turbines.
De turbine as rust aan de voor- en achterkant in draagmetalen, die onder druk worden gesmeerd.
De wegstromende olie komt in een ruimte rondom de metalen terecht, waarop, zoals de figuur ons toont, pijpstuk­ken zijn aangesloten, die de olie naar een tank terugvoeren.
Van daar wordt de smeerolie door een pomp opgezogen en via een koeler en een of meer filters weer naar de draaipunten geperst, zodat dezelfde olie steeds blijft circuleren.
De gehele turbine steunt op drie stoelen, twee aan de achterzijde en een aan de voorkant.
Daarvan zijn de beide achterste ter weerszijde van de afvoertuit aangebracht en vormen hiermede een geheel.
Eén hiervan zien we gestippeld in fig.64 getekend.
Met zijn onderste flens komt de stoel op de machinefundering te rusten.
Het voorste as metaal is aan­gebracht in de voorste stoel. Deze stoel, die eveneens een geheel vormt met het turbinehuis, is niet vast aan de machinefundering bevestigd; maar kan over een afzonderlijk onderstuk in lengterichting heen en weer schuiven.
Dit is een wijze van opstelling; die men bij grote turbines al­tijd volgt, omdat de lengte van het huis, als dat warm is, aanmerkelijk verschilt van die bij koude machine.
Door het aanbrengen van een dergelijke glijvoet aan het ene einde van de turbine, kan het huis ongehinderd uitzetten en inkrimpen tijdens verwarming en afkoeling, terwijl er anders zeer grote wringende krachten op de bevestiging met de fundatie zouden werken.
Bij de hier in fig.64 beschouwde turbine had de totale warmteval in één machine plaats; de verse stoom komt er aan de voorzijde in en het andere einde is onmiddellijk aangesloten op de condensor.
Bij hoge beginspanning en begintemperatuur van de stoom zijn aan deze werkwijze bezwaren verbonden.
Om te beginnen; is het verschil tussen druk en temperatuur aan het begin en die aan het einde, van de turbine veel te groot.
Dit veroorzaakt niet alleen een groot transport van warmte door het huis, de as, de schotten, enz. van toe- naar afvoerzijde, maar bovendien zijn de verschillende onderdelen in mechanisch en thermisch opzicht zo ongelijk belast, dat men die bij begin en einde van verschillende materialen moet vervaardigen.
Bovendien is bij hoger begin druk het verschil in soortelijk volume van de stoom aan het begin en die aan het einde van de turbine zeer groot, zodat de voor de stoom in de turbine beschikbare doortochten van voor naar achter buiten elke verhouding moeten toenemen.
In fig.64 zien we hiervan al een begin, als we letten op het grote verschil tussen de eerste en laatste doortochten.
Dit alles maakt, dat grote eenheden, die tegenwoordig altijd met sterk oververhitte stoom van hoge spanning werken, nooit uit slechts een turbine bestaan, maar uit ten minsten twee turbines, een HD en een LD, waarover de totale warmteval ongeveer gelijkmatig wordt verdeeld, of ook wel een HD- en twee LD turbines.
Dikwijls ook neemt men een HD een MD en een LD turbine, omdat bij gebruik van slechts twee machines het verschil in stoomtoestand tussen begin en einde van iedere turbine toch nog te groot zou zijn.
Is het totale machinevermogen zeer groot, zodat het volume stoom, dat de LD moet passeren, deze turbine om praktisch groot zou maken, dan voert men haar ook vaak dubbel uit, zodat we dan een HD- en een MD turbine hebben en twee LD turbines.
Bij gebruik van twee LD turbines geeft men iedere LD turbine dikwijls een eigen condensor.
Een nadeel van al deze afzonderlijke turbines is het grote aantal turbinevoeten, as doorvoeringen, koppelingen, overstroomleidingen enz.
Bij landinstallaties plaatst men meestal alle turbines achter elkaar en werkende op een as, bij scheepsinstallaties zet men de turbines gewoonlijk naast elkaar.

naar boven
  naar boven

Zoelly turbine vervaardig door machine fabriek Gebr. Stork & Co in Hengelo met 9 loopwielen rustend op drie lagers.

Tot een vermogen van 16000 kW worden de turbines met 3000 omw. vervaardig.

met een 3000 tot 30 000 kW met 15000 omw.


 

  naar boven

een foto van een Zoelly turbine gebouwd door firma Gebr. Stork & Co in Hengelo

  naar boven

De Fransman Rateau kwam met een tussenvorm die lijkt op die van Parson

Deze turbine met druktrappen, doch minder in aantal dan van Parsons, met grotere omtreksnelheden en werkende volgens het gelijkdruk beginsel.
De loopschoep kransen zijn hierbij bevestigd in afzonderlijke wielen, welke op een as gekrompen zijn.
De leischoepen zijn als ingegoten platen gevat in een zg. leiwielen, eigenlijk tussenschotten, welke het huis verdelen in een aantal kamers met afnemende drukken.

De constructies van Parsons Rateau, Zoelly en Curtis hebben zich bij de verdere ontwikkeling van de stoomturbines als zeer bruikbaar doen gelden en worden door de meeste turbinefabrieken op verschillende manieren toegepast en gecombineerd.
 

 

 

naar boven
Zoelly Stoomturbine van voren en van opzij  
  naar boven