Svenska Turbinfabriks Aktiebolaget Ljungström

Inledning och bakgrund

Åren 1906-07 var Birger Ljungström anställd hos AB Separator, och där hade hans turbinkoncept mognat. En kollega hade hjälpt till med mera avancerade beräkningar. Birger besökte sedan den tidens främsta auktoritet på turbiner, professor Stodola på ETH i Zürich, och denne ställde sig mycket positiv till den nya konstruktionen. Stodola skrev ett positivt utlåtande och med det kunde Birger Ljungström finna finansiärer till ett bolag.

Birger och Fredrik Ljungström bildade den 29 februari 1908 ett ångturbinbolag i Stockholm. Det bolaget fick namnet AB Ljungström Ångturbin (ALÅ). Birger blev VD i det nya bolaget och anställde snart två kompetenta medarbetare, K G Karlson, sedermera professor vid CTH och Oscar Wiberg senare överingenjör vid STAL. Några månader därefter anslöt brodern Fredrik. Verksamheten startade i de Lavals gamla verkstadslokal på Kungsholmen i Stockholm.

I detta bolag byggdes de första turbinerna, en provturbin på 500 kW och därefter en komplett turbingenerator med effekten 1000 kW. Efter lyckade prov av denna senare maskin under överinseende av bl a Capt. Sankey, fader till Sankeydiagrammet, förmedlade denne kontakt med Brush i England, som installerade turbinen i Willesden Power Station.

1000 kW turbinen under montage. I bakgrunden 500 kW provturbin.

När maskinen bevisat sin förmåga vågade Ljungström satsa på ett eget tillverkande bolag, som kom att hamna i Finspång. Här fanns verkstäder och arbetare med förutsättningar att kunna tillverka den mekaniskt avancerade turbinen.

STAL bildas

STAL bildades i februari 1913 med ett aktiekapital om 1,5 MSEK. Var bolaget skulle etablera sig var inte klart, men en möjlighet öppnade sig, då Nordiska Motorverkstäderna i Finspång kunde tas över. Fastigheterna förvärvades från AB Nordiska Artilleriverkstäderna. Det var alltså denna möjlighet som gjorde att verksamheten hamnade i just här. Slottet inköptes samtidigt för att bli kontorslokaler. Personalen från Stockholm erbjöds att flytta med till det nya bolaget, och man drog igång tillverkningen den 4 mars då dessa var på plats.

Initialt var STAL licenstagare till ALÅ med ansvar för Sverige, de Nordiska länderna och Ryssland. Redan 1912 hade Ljungström licensierat sitt turbinkoncept till två utländska licenstagare - Brush Electrical Engineering Co i Loughborough, England och Anciens Établissements Sautter-Harlé i Paris, Frankrike, och dessa fick skovelsystemen, innerturbinen, från STAL.

ASEA blir majoritetsägare

1916 förvärvade ASEA under J. Sigfrid Edström aktiemajoriteten i STAL genom nyteckning och utköp av familjen Nobels aktiepost. Detta skedde vid Birger Ljungströms bortavaro i Petrograd, och de båda bröderna lämnade därefter företaget. NY VD blev ASEAs dåvarande ekonomichef Ivar Hahne. Med ASEA i ryggen kunde företaget hantera 1920-talets svårigheter och därefter investera och växa. Patenträttigheterna till turbinerna fanns dock kvar hos ALÅ. Först 1950 sålde AB Ljungströms Ångturbin alla patent och licensrättigheter för Ljungströmturbinen till STAL. Köpet lades i ett nytt separat bolag, AB International Stal Company eller Insco.

Bröderna Ljungströms verksamhet efter ASEAs övertagande i STAL

Efter att bröderna lämnat STAL 1916 fortsatte de sin innovativa ingenjörsgärning i bolaget AB Ljungströms Ångturbin. Man flyttade verksamheten ut till Gåshaga på Lidingö där man byggde en ny industriell bas. Där drev framför allt Fredrik Ljungström ett stort projekt att ta fram ett nytt turbindrivet ånglok för järnvägen.

Här kan man läsa mer om dessa TurbinLok.

Affärsupplägg och licensgivning

Birger Ljungström var - liksom Gustaf de Laval 20 år tidigare - snabb med att skaffa licenstagare till den nya och revolutionerande motrotationsturbinen. Licenserna tecknades av ALÅ, och STAL var inledningsvis en i raden av sådana licenstagare då det gällde marknadsansvar. Totalt 16 utländska bolag tecknade licens och några av dessa listas här:

År Företag Hemland Kommentar

1912 Brush Electrical Eng Co Storbritannien Tillverkade 274 turbiner

1912 Sautter Harlé, Paris Frankrike Ingick i SFAL 1930

1916 MAN/ILU Tyskland 90 turbiner +55 innerdelar

1916 GE USA

1916 Mitsubishi Japan 158 turbiner. Via Gadelius.

1930 Siemens (SSW) Tyskland via ILU

1930 AEG Tyskland via ILU

1930 BBC Schweiz, Tyskland via ILU

1930 Alsthom Frankrike via SFAL

1930 BBC/CEM Frankrike via SFAL

1933 visade även Westinghouse intresse för Ljungströmsturbinen, och man besökte Finspång för diskussioner om en licens för USA. Denna kom dock aldrig till stånd då STALs erfarenhet av stora turbineffekter var otillräcklig samtidigt som det fanns osäkerheter i patenträttigheterna mellan ALÅ och STAL.

I licensavtalet med Brush från 1912, vilket finns som kopia i museets dokumentarkiv, framgår det att patentägaren Aktiebolaget Ljungströms Ångturbin, Liljeholmen (dvs ALÅ) skulle levererad innerturbinerna till licenstagarna. Det blev STAL som fick göra detta efter bolagets bildande 1913.

Man kan notera det stora intresset för Ljungströms uppfinning, som trots allt kom fram 20 år efter de axiella ångturbinerna från de Laval och Parsons. Inte minst visar licenser till dåtidens giganter GE, BBC, MAN och Mitsubishi att produkten var revolutionerande. Idag skulle vi kalla det för ett sant globalt genomslag.

Kommentarer:

Gadelius & Co förvärvade agenturen för STAL. Flera av Japans största industrikoncerner tecknade avtal om licenstillverkning. Provaggregat beställdes i Sverige, men leveranserna hindrades av råvarubristen 1916. Efter krigsslutet följde depressionen 1920, och flera av licenstillverkarna fick gå i likvidation. Endast Mitsubishi-varvet lyckades få i gång en egen produktion. Dock fick G & Co så småningom leverera ett stort antal svensktillverkade STAL-turbiner till bl a järnvägselektrifieringen i Japan.

Siemens Schuckert Werke, SSW, utvecklade i Mühlheim från 1930 en egen, ej motroterande radialturbin. Den hade tre skivor med skovelringar, var av mottryckstyp och togs i drift första gången 1932. En sådan maskin gick i drift 1951 med ånga av 148 bar/600 ^oC, mottryck 31 bar. Turbinen var i byggd i austenitiskt material och den första vid den temperaturen. Tekniken övergavs 1958.

ILU - Internationale Ljungström Turbinen-Union AG: Ett bolag bildat 1930 av en tysk-schweizisk företagsgrupp med säte i Baden och teknisk samverkan hos MAN i Nürnberg. Bolaget hade licensavtal med ALÅ.

SFAL - Société de Fabrication d’Appareils Ljungström. Arrangemang liknande ILU fast i Frankrike. ILU och SFAL samarbetade intimt.

Namnbyten och fusioner

1958 förkortade STAL sitt fullständiga namn genom att ta bort ”-fabriks” och kallade sig Svenska Turbinaktiebolaget Ljungström.

Året efter, 1959 fusionerade STAL och de Laval Ångturbin och bildade ett gemensamt bolag, Turbinaktiebolaget de Laval Ljungström, TALL. Verksamheterna fortsatte på respektive orter Finspång och Nacka, mfl.

1962 bytte man namn till STAL-LAVAL Turbin AB och huvuddelen av verksamheten flyttades till Finspång. Kuggskärningen av fartygsväxlarna var dock kvar i Nacka till 1968. Namnet blev kvar under hela 1970-talet, och först 1984 bytte företaget namn till ASEA Stal AB.

Fem år senare blir man del av det nybildade ABB och namnet ändras till ABB Stal AB.

Teknologier

Ångturbiner med radiellt strömmande ånga förekom redan bland pionjärerna. När Charles Parsons startade eget 1890 var han tvungen att överge sin patenterade reaktionsturbin av axialtyp, då patenten tillhörde den tidigare arbetsgivaren Clarke Chapman, som han lämnade efter en tvist. Han fick tänka helt nytt och konstruerade då flerstegs radialångturbiner där varje steg hade en stationär del. Turbinerna hade från en till fyra skovelringar och ångan kunde expandera utåt eller inåt. Radialturbiner drev den första versionen av den berömda yachten "Turbinia", men resultatet var nedslående. Konstruktionen övergavs när Parsons kunde köpa tillbaka sina axialturbinpatent.

Birger och Fredrik Ljungström vistades en tid i England runt sekelskiftet 1900, där man uppsnappade de tekniska framstegen, inklusive Parsons turbinkonstruktioner. Birger analyserade de svagheter som Parsons radialturbin hade och försökte komma runt dem. Skovlarnas bredd var en sådan svaghet. Ljungström kunde drastiskt reducera bredden. Ljungströms snilleblixt var emellertid motrotationen. Den drastiskt ökade relativhastigheten mellan skovelsystemen gav en mycket kompakt konstruktion där varje skovelring producerade fyra gånger så hög energi. De minskade förlusterna ökade också verkningsgraden med 10%.

Den geniala dubbelrotationsturbinen -grunden för Finspångsföretaget

Birger Ljungströms DubbelRotationsturbin

Elgeneratorerna till den radiella dubbelrotationsturbinen

Stal tillverkade sin egen ElGenerator till sin revolutionerande radialturbin.

Några leveranser

Första beställningen: B-1 WillesDen

Ett sällsamt turbinöde: B-188 HelWan

Några tidiga EpiSoder

Marina radialturbiner

Mer om dessa: MarinaRadialturbiner

Precisionskuggväxlar

I början av 1920-talet var det lågkonjunktur efter 1:a världskrigets slut. Ett sätt att belägga verkstäderna var att ta fram andra produkter och att utföra legojobb i sina stora verktygsmaskiner.

Precisionskuggväxlar blev en sådan ny produkt som lanserades 1924. Här utnyttjade man sin kompetens från de marina kuggväxlarna och presenterade en hel modulariserad familj av standard reduktionsväxlar med utväxlingen 1:2 upp till 1:12 och i 12 olika modulstorlekar.

STAL standardkuggväxel, 1450 hk vid 3000 r/m med utväxlingsförhållandet 1:6.

Kuggringar levererade till SJ:s elektriska lok för linjen Stockholm - Göteborg.

Kraftverksturbiner med dubbelrotation

Wibergsystemet

Redan 1915 insåg man att radialturbinens avloppsarea begränsades av de yttersta skovelringarnas, de sk. trummornas utböjning och hållfasthet. För att kringgå denna begränsning försågs de större turbinerna med ett axialsteg för att uppnå större avloppsarea, det sk. Wibergsystemet efter konstruktören Oscar Wiberg.

En första maskin på 7000 kW kom 1916, och den hade ett axialsteg. Senare utökades antalet axialsteg och effektgränsen kunde höjas till ca 40 MW. För att nå ännu längre halverade man varvtalet till 1500 r/m. De största turbinerna med denna konstruktion uppnådde 70 MW effekt.

Wibergsystem med två axialsteg. Först använt i G5, Västerås.

Möllersystemet- en flerskivig radialturbin med strömning både utåt och inåt

Ingenjören R. Olof J. Möller vid STAL utvecklade flerskiviga motroterande radialturbiner. De kom att få stor betydelse för mottrycksapplikationer såsom kraftvärmeturbiner, men framför allt i industriturbiner med reglerade avtappningar.

Om dessa kan man läsa här: MollerSystem.

DURAX-turbinen

För att öka effekten ännu mer utvecklade man på 1950-talet den sk DURAX-turbinen, DUbbelrotations-Radial-AXial turbin, där radialsystemet kompletterades med två lågtrycksturbiner med vardera ett alt. två avlopp. Systemet erbjöds i effektområdet 27 till 200 MW och presenterades 1954. I Stenungsund ger denna turbintyp 110 MW. En avgörande skillnad mot Wibergsystemet var att axialstatorskivorna tätade mot den klenare turbinaxeln och inte mot radialsystemet, vilket minskade läckaget. Samtidigt kunde man få dubbla avlopp på respektive sida, vilket gav möjlighet till betydligt större total avloppsarea.

DURAX turbin - flöden

QUAD arrangemanget

Ytterligare effektökning uppnåddes i det sk. QUAD-arrangemanget, där två dubbelroterande turbinsträngar uppställdes i bredd. De sammankopplades termiskt så att ångan först expanderade i en radial HT i set 1, gick till mellanöverhettning och därefter till en radial MT-turbin i set 2, varefter den slutligen expanderade i fyra LT turbiner, två på varje set. De två QUAD-turbinaggregaten i Stenungsund ger vardera 275 MW effekt.

QUAD principskiss.

Radialteknikens slutkläm -O1

Den största turbinen med radialteknik byggdes av STAL-LAVAL för kärnkraftverket Oskarshamn 1. Mer om denna turbin finns att läsa här.

Kraftvärmeturbiner

Om STALs turbiner för kraftvärme kan man läsa här: KraftVarme

Mottrycksturbiner

Det skulle dröja till 1924 innan den första rena mottrycksturbinen presenterades av STAL. En sådan maskin togs i drift i Slite på Gotland två år senare. Tio år senare utgjorde mottrycksturbiner ca hälften av leveranserna.

Gasturbinutveckling vid STAL

Inledning

Redan 1929 hade ALÅ givit sin överingenjör Alf Lysholm i uppdrag att ta fram ett stationärt gasturbinaggregat, vilket resulterade i ett patent med radialteknik 1930. Under 1931 utvecklade Lysholm en turbopropmotor, den första i världen. Bofors tillverkade motorn, som stod färdig 1934 och testades 1935. Kvarstående brister gjorde att projektet lades ned tillsvidare. 1935 patenterade Lysholm även en ren jetmotor. Denna kom att bilda underlag till Svenska Flygmotor AB (SFA) reamotorprojekt R102, som konkurrerade med STALs projekt Skuten.

Man kan läsa mer om Alf Lysholms gasturbinkonstruktioner här.

Först 1944 tog gasturbinutvecklingen ordentlig fart i Sverige. SFAs projektavdelning hade redan på nyåret börjat studera jetmotorer, och vid STAL hade Oscar Wiberg påbörjat arbetet med ett portabelt gasturbinkraftverk. Detta år påbörjade KFF ett större projekt att ta fram en svenskkonstruerad jetmotor, vilket resulterade i beställningar året därpå.

Dr Birger Ljungström initierade 1945 ett utvecklingsarbete vid STAL på en dubbelroterande gasturbinaggregat, rapporterat 1949. Det togs dock inte vidare.

Den första gasturbinen

Det portabla reservkraftverket

Reamotorutvecklingen

Bakgrund

Kungliga Flygförvaltningen, KFF, var efter kriget på det klara med att Flygvapnet behövde jetdrivna stridsflygplan. Redan 1944 hade deras projektavdelning börjat studera jetmotorer. När KFF lade ut beställning hos STAL på en axialmotor fick Svenska Flygmotor AB (SFA) parallellt order på ut­veckling av en centrifugalmotor. SFA engagerade den tidigare överingenjören vid ALÅ Alf Lysholm till sitt projekt, medan STAL anställde Curt Nicolin att leda projektet. Det blev alltså två tidigare medarbetare till Birger Ljungström som ställdes mot varandra i den här tävlan om en svensk jetmotor.

SFA utgick från Lysholms tidigare patent, medan STAL fick ta sig an axialkompressorn.

STALs motorer

SkutenMotorn

DovernMotorn

GlanProjektet

StartApparater

Civila stationära gasturbinkraftverk

Efter att beställningarna av flygmotorer anullerats 1952 tog STAL tillvara sin nyvunna kompetens för användning i stationära kraftaggregat. Dokument i museets arkiv visar att man tog fram förslag på gasturbinaggregat för elproduktion från 250 kW och uppåt. Gasturbinnamn som "Roxen" och "Hector" skymtar förbi liksom beräkningar för många effekter mellan 9 MW uoch 52 MW. Det kom att bli två gasturbinaggregat som till slut togs fram hela vägen till färdig produkt:

GT-35 Viktor IndustriGasturbin

GT 120 StorGasturbin

Verkstäder och produktion

Verkstäderna har varit själva hjärtat i STALs verksamhet genom åren. Kraven på noggrannhet och precision har varit höga alltsedan starten 1913. Ljungströms turbin ansågs ju av omvärlden nästan omöjlig att tillverka när den presenterades. ASEAs strukturrationaliseringar i början av 1930-talet tillförde snart nya krävande produkter

Ett intressant tidsdokument från STALs verkstäder finns att läsa i Svenska Turistföreningens årsskrift 1938 med tema Östergötland, där författarinnan Berit Spång målande beskriver verksamheten efter ett besök.

"Entrén till Stals verkstäder är blygsam, men på planen därinnanför fångas blicken strax av den på en vändskiva placerade, lysande röda kondensorn. Den för tanken raka vägen till fabrikens huvudtillverkning, som är ångturbiner. Från gården komma vi in i en väldig fabrikshall med höga fönster. Golvet är översållat med verktygsmaskiner av alla slag, mindre svarvar och stora karusellsvarvar, i taket snurra hjul och remmar till transmissioner, utmed väggarna stå filbänkar, och ett litet avbalkat rum lyser i blåvioletta flämtningar och utsänder en frisk ozon-lukt, det är en svetsningskammare. Över varje maskin stå arbetarna lutade i sina blåa overalls. Jag måste akta mina ljusa sommarkläder för allt svart och oljigt härinne, men jag får ändå ett bestämt intryck av en minutiös ordning.

Här tillverkas rotordelarna till Stals berömda turbiner, och även en besökare med så gedigen okunnighet i ämnet som jag kan känna ett slags förtjusning över de verkligt söta små rotorer, där pojkar på en femton år fästa glänsande turbinskovlar med en sirlig hammare, eller i monteringshallen falla i förvåning över de jättelika turbinaggregat, som bokstavligen ur jorden växa upp till samma höjd som ett tvåvåningshus. Som husbyggen äro de också omgivna av ställningar, där arbetare syssla på olika plan: en trappa upp skjutas långa kondensorrör genom något som ser ut som en manshög bikaka, medan en arbetare inuti kondensorn tar emot dem och för dem vidare till fästet på motsatta sidan; två trappor upp monteras generatorerna med deras otaliga ledningar och mätinstrument. Dessa turbiner äro »bara» på 5 000 kW, men Stal har levererat en turbin med tio gånger så stor effekt. Den kan nu beskådas i statens kraftverk i Västerås, som den största kraftmaskin, som hittills utförts i norra Europa.

Vid sidan av turbintillverkningen har bolaget lagt upp en fabrikation av kylmaskinerier för restauranter och livsmedelsaffärer, men jag hinner nu ej se mer av den än det lager av kylelement, som ligger uppstaplat vid ingången. I snickeriverkstaden kastar jag dock en blick och beundrar de vackra trämodellerna till diverse gjutstycken, de äro målade i rött och gråblått och imitera alltså även för ögat den färdiga produkten, som sedan tillverkas i olika gjuterier på andra platser i landet."

Man kan notera att remdrifter fortfarande förekommer, att kondensorerna tubas på plats och att gjutmodeller tillverkas i snickarverkstaden.

Tillverkning av verktygsmaskiner

STALs tillverkning av turbiner och kompressorer krävde en hel del specialmaskiner och verktyg, som företaget utvecklade själva. För detta krävdes en speciell konstruktionsavdelning liksom kunnig verkstadspersonal. Ingenjör Helge Engberg var en skicklig konstruktör och drivande i denna verksamhet.

Det låg då nära till hands att erbjuda dessa maskiner också till en extern marknad, vilket påbörjades 1934.

Maskintyper

I början på 1940-talet fanns dessa specialmaskiner att köpa från STAL:

- Finborr- och bryningsmaskin för kompressorcylindrar, se bild.

- Borrmaskin W210 för borrning av långa hål upp till 3,5 m

- Slipmaskiner och brotschmaskiner

- Halvautomatsvarvar

- Långfräsmaskiner

- Nitpressar

- Kabelmaskiner -blypressar

Mer om denna verksamhet finns att läsa här

Åter till startsidan