De gelijkdruk en overdrukturbine

naar 800 X 600

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 gelijkdruk stoomturbine

In een gelijkdruk turbine of actieturbine is een turbine waarbij de stoom uitsluitend in de straalbuizen expandeert.

De druk van de stoom voor en achter de loopschoepen is gelijk.

Hieruit volgt dat de doortocht van de loopschoep kanalen constant moet zijn.

Om te voorkomen, dat de stoom na het verlaten van de straalbuis nog kan expanderen, geeft men de top van de loopschoepen een radiale vrijslag zo 10 mm in het huis, zodat eventuele drukverschillen links en rechts van het loopwiel zich gemakkelijk kunnen vereffenen.

Ook wordt het loopwiel daartoe van enkele gaten voorzien, die men van wegen hun functie drukvereffening gaten noemt.
Hoe de kracht op de schoepen ontstaat zie je in Fig.A

De schoep is aan de binnenkant volgens een cirkel gebogen en symmetrisch geplaatst t.o.v. het vlak door het midden van het schoepenwiel.
De stoomstraal komt bij A evenwijdig aan het schoepvlak hier te plaatse binnen, in een richting dus, overeenkomende met die van het kanaal tussen twee op elkaar volgende schoepen.
De stoom heeft zijn grote snelheid verkregen door de expansie in de straalbuis en stroomt nu door de ruimte tussen de schoepen.
Dit kanaal is overal even wijd, hetgeen men volgens Fig.A bereikt door de cirkel van het binnenvlak van de schoep uit hetzelfde middelpunt M met straal R te beschrijven als de cirkel van het buitenvlak van de ernaast gelegen schoep met straal r, zodat het bedrag (R-r) overal de wijdte van het kanaal wordt.

Omdat deze gehele weg langs de schoep overal dezelfde doortocht aan de stoom biedt, ondergaat de stoom geen verdere expansie en de stoomstraal zal dus, afgezien van een geringe snelheidsvermindering door wrijving enzovoort, met constante snelheid door het schoepkanaal stromen.
Daarbij oefent de stoomstraal, omdat hij een cirkelvormige baan moet beschrijven, in ieder punt van deze baan en loodrecht op het binnenvlak van de schoep een buitenwaartse kracht K1, K2, K3 enz. uit.
Daar de snelheid van de straal constant is, is dit ook met grootte van de krachten K het geval, zodat K1 = K2 = K3= enz.
Is P1 nu het midden van de schoep en nemen we in het schoepenoppervlak de punten P1 en P3 aan, die symmetrisch zijn gelegen t.o.v. P1, dan kunnen we de krachten K2 en K3 elk ontbinden in een kracht K' evenwijdig aan K1 en een kracht K'' , loodrecht hierop.
De gelijke componenten K'2 enK'3 werken in dezelfde richting als K1, terwijl de gelijke componenten K''2 en K''3 tegengesteld gericht zijn en in dezelfde lijn P2P3 werken, zodat ze evenwicht met elkaar maken.
Verdelen we op gelijke wijze alle krachten K in paren, die, evenals K2 en K3, symmetrisch liggen t.o.v. het middenvlak door het schoepenwiel, dan zien we dat alle verticale componenten elkaar twee aan twee opheffen en dat alle horizontale componenten elkaar werking versterken, zodat alleen deze laatste krachten overblijven, die het wiel doen draaien.
Zijn de schoepen niet geheel symmetrisch t.o.v. het middenvlak door het schoepenwiel, dan zullen de componenten K'' elkaar niet geheel op heffen, zodat er dan ook in het algemeen nog een kleine kracht in as richting blijft bestaan.
Dit geval zullen we echter buiten beschouwing laten, zodat we ons bij de bespreking van deze turbines in het vervolg alleen met symmetrische schoepen zullen bezighouden.
Daar de stoom in de ruimte tussen de schoepen geen verdere expansie ondergaat, is er voor geen verschil in stoomspanning tussen voor en achterkant van de schoepen, dat is tussen de voor en achterzijde van het loopwiel.
Zelfs maakt men vaak openingen in het wiel om het ontstaan van drukverschil tussen voor en achterkant afdoende te voorkomen.
Om deze reden noemt men een machine, die aldus werkt, een gelijke drukturbine. vaker spreekt men nog van een actie turbine, daar de beweging van het wiel rechtstreeks wordt veroorzaakt door de werking (actie) van de langsstromende stoom op de schoepen.
Bij de actieturbine heerst dus geen drukverschil tussen voor en achterzijde van het turbinewiel en de snelheid van de stoomstraal in de ruimte tussen de schoepen is constant.

overdrukturbine

op een geheel ander beginsel berust de reactieturbine. (Reactie of overdrukturbine)

Schiet men een kogel uit een geweer, dan voelt men een kracht, die het geweer naar achter tracht te duwen.
Deze kracht noemt men de reactiekracht; zij is gelijk aan de kracht, waardoor de kogel wordt weggeschoten.
Een ander voorbeeld zien we in Fig1 (verder naar onder) dit stelt een gedeelte van een hol rad voor, dat aan de omtrek verschillende straalbuizen draagt, die het inwendige van het wiel met de buitenlucht in verbinding brengen.
Het rat is draaibaar om een holle as, waardoor stoom kan worden toegevoerd, die naar buiten kan stromen door de straalbuizen.
We nemen nu aan, dat de toevoeropening door de as zo groot is, dat de uit stromenende stoom snel en gemakkelijk door andere wordt vervangen.
Dan heerst er binnen in het wiel een bepaalde overdruk t.o.v. de buitenlucht en bij het begin van de straalbuizen heeft de stoom t.o.v. het wiel een snelheid nul. In de straalbuizen zelf krijgt de stoom een grote snelheid w2 t.o.v. het wiel, dus is ook de versnelling van de beweging van de stoomdeeltjes groot.
Er is weer een kracht nodig om deze versnelling te veroorzaken en deze kracht heeft een reactiekracht ten gevolge.
Die kracht vindt een steunpunt tegen de wanden van de straalbuis en omdat die zich kan bewegen, gaat het wiel draaien in de richting, aangegeven door de gevederde pijl, dus weer tegengesteld aan de stromingrichting van de stoom.
Hier hebben wij een soort van turbine verkregen, waarvan de werking berust op de reactiekracht van de uitstromende stoom, een reactieturbine dus.
In een werkelijke turbine wordt geen krans van draaiende straalbuizen toegepast, zoals in Fig.1, maar met een krans van schoepen, evenals bij een actieturbine.
De schoepen zijn nu echter anders van vorm, namelijk niet meer symmetrisch t.o.v. het midden, doch dik aan de kant waar de stoom binnenkomt en dun uitlopend naar de uittreedzijde.
Bovendien zijn de schoepen scheef op het wiel geplaatst, zoals Fig.2 aangeeft en dus is het kanaal tussen twee opeenvolgende schoepen aan de intreekant bij a veel wijder dan aan de uittreedzijde bij b.
Tussen de schoepen verkrijgen we hier dus doortochten, die de vorm hebben van naar het einde toe nauwer wordende straalbuizen.
Hebben we dus voor het wiel bij A weer stoom onder een bepaalde druk p1 en bij B een ruimte, waar een lagere druk p2 heerst, dan ondergaat de stoom in de ruimten tussen de schoepen een versnelling.
Is w1 de snelheid, waarmede de stoom in de aldus gevormde kanalen binnentreedt, dan is de snelheid w2, waarmede hij de kanalen verlaat, veel groter dan w1.
Hierdoor ontstaat er weer een reactiekracht, die het wiel met schoepen in tegengestelde richting u wil doen draaien.
We zien bij deze reactieturbine, in tegenstelling met wat we bij de actieturbine hebben waargenomen, wel een verandering van de doortocht op de weg van de stoom tussen de schoepen door, waarvan het gevolg is een snelheidsverandering van de stoomstraal en verschil in stoomspanning tussen voor en achterzijde van het wiel.
Aan de voorkant van het wiel heerst dus een zekere overdruk, vandaar dat een dergelijke turbine ook overdrukturbine wordt genoemd.

een samenvatting:

Actie of gelijk drukturbine

1 De schoepen zijn symmetrisch en van zodanige vorm, dat de ruimte tussen twee opeenvolgende schoepen overal gelijk is.

2 De snelheid van de stoom tussen de schoepen is van het begin tot het einde constant.

3 De stoomspanning aan de voor en achterkant van de schoepen is gelijk.

4 De kracht op de schoepen is een gevolg van de centrifugale werking van stoom bij het doorlopen van het gebogen schoepkanaal.

Reactie of overdrukturbine.

1 De schoepen zijn onsymmetrisch van vorm en plaatsing, zodat de ruimte tussen twee opeenvolgende schoepen naar het einde nauwer wordt.

2 De snelheid van de stoom neemt toe bij zijn beweging door de ruimte tussen de schoepen.

3 De stoomspanning is aan de voorkant van de schoepen hoger dan aan de achterkant.

4 De kracht op de schoepen is een gevolg van de reactiewerking, die ontstaat bij het versnellen van de stoomstraal.

Gemengde turbines.

Waarin zowel Curtis, gelijkdruk als overdruk trappen worden toegepast.
Dit komt zeer veel voor.
Een Curtis trap wordt hierbij meestal, alleen voor het hoge druk gedeelte van de drukval gebruikt.

Verder spreekt men van axiale en radiale stoomturbines, welke namen afhangen van de stroomrichting van de stoom ten opzichte van de draaiing as.

Al deze turbinetypen kunnen weer uitgevoerd zijn o.a. als:

a Condensatieturbines, waarbij de afgewerkte stoom naar een (meestal direct aangebouwde) condensor wordt geleid.

b Tegendrukturbines, waarbij de afgewerkte stoom naar de buitenlucht wordt geblazen of als retourstoom voor andere doeleinden als verwarming, verdere krachtopwekking enz.

c Aftapturbines, bij welke het mogelijk is een stoomhoeveelheid van een bepaalde, constante druk af te tappen voor fabrieksgebruik, terwijl de overige stoom, hetzij als retourstoom ontwijkt.
Ook kan men een turbine van twee of meer aftappen voorzien.
Het constant houden van de druk van de aftapstoom gebeurd geheel automatisch.

d Twee drukturbines, welke gelijktijdig gedreven worden met verse stoom van twee verschillende drukken (bijv. door het gebruik van ketelbatterijen met verschillende stoomdruk).

e Turbines met her verhitting, waarbij de stoom, die in het eerste turbinedeel geëxpandeerd is, weer naar de ketels wordt teruggevoerd om weer oververhit te worden op begintemperatuur.
De verschillende druktrappen kunnen in een of meer cilinders of huizen worden ondergebracht, zodat men spreekt van eenhuizige turbines, tweehuizige of 3huizige turbines enz.
voor platen zie de knop technische tekeningen voor het verhaal hier boven.