Titel: Schnellaufende Motoren mit Dampfbetrieb.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1895, Band 296 (S. 25–29)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj296/ar296007

Schnellaufende Motoren mit Dampfbetrieb.

(Fortsetzung des Berichtes S. 1 d. Bd.)

Mit Abbildungen.

Wir brachten bereits 1894 293 * 204 kurze Mittheilungen über de Laval's neue Dampfturbine, deren Vorzüge anderen rotirenden Dampfmaschinen gegenüber im Wesentlichen in der Einfachheit ihrer Construction, sowie in der Erreichung eines ausserordentlich günstigen Wirkungsgrades bestehen, und lassen heute genauere Angaben über eine derartige 20pferdige Turbine, wie sie nach der Zeitschrift des internationalen Verbandes der Dampfkesselüberwachungsvereine vom 15. Januar 1895 S. 25 von der Maschinenbauanstalt Humboldt in Kalk bei Köln ausgeführt wird, folgen.

Textabbildung Bd. 296, S. 25

Bevor der Dampf für diese Turbine verwandt wird, tritt derselbe erst durch einen oberhalb des Drosselventils eingeschalteten Dampfreiniger, welcher den Zweck hat, etwaige Verunreinigungen in Folge Mitreissens von Wasser oder Ablagerungen aus der Rohrleitung von der Turbine fern zu halten, sodann durch die mit dem Ringkanale a (Fig. 13 bis 15) in Verbindung stehenden Düsengehäuse b in das Laufrad. Bei der vorliegenden Turbine sind acht Dampfdüsen d von der Form Fig. 16 angeordnet, deren Aufschlagsquerschnitte in Fig. 15 durch punktirte Ellipsen angedeutet sind. Die Düsen können einzeln durch Handräder H abgeschlossen werden, um die Kraftleistung nach Belieben zu variiren. Das Laufrad ist so construirt, dass es unter Umständen bei einem mittleren Durchmesser von 0,2 m etwa 300 m Umfangsgeschwindigkeit, d.h. 30000 Umdrehungen in der Minute annehmen kann. Die Beanspruchung des Rades durch die Centrifugalkraft ist in Folge dessen eine ausserordentlich grosse, weshalb auch die Schaufeln des Rades durch kräftige Scheibenbacken gehalten werden.

Zur Vermeidung der bei so hohen Tourenzahlen in Folge ungleicher Massenvertheilung auftretenden Schwingungen |26| ist das Turbinenrad auf einer sehr dünnen, stellenweise nur 12 bis 13 mm starken Welle befestigt, welche durch ihre Biegsamkeit dem Laufrade gestattet, sich um seine wirkliche Schwerpunktsachse zu drehen. Aus diesem Grunde ist auch das Lager am freien Ende der Welle als Kugellager ausgebildet.

Die Lager sind aus Antifrictionsmetall hergestellt und mit Schmiernuten versehen, welche eine gute Circulation gestatten. Die Schmierung wird durch Schmiergefässe besorgt, während das abtropfende Oel im Lagergehäuse aufgefangen und von hier aus zeitweise durch einen Hahn abgelassen wird.

Auf der Turbinenwelle (Fig. 14) sitzen zwei kleine Schraubenräder z mit entgegengesetzter Steigung der unter etwa 49° gegen die Welle gestellten, sehr fein getheilten Zähne; diese greifen in ein auf der Vorgelegewelle befestigtes Winkelzahnrad z1 von zehnmal grösserem Durchmesser.

Von der Vorgelege welle kann die Arbeit entweder direct oder mit Hilfe der Riemenscheibe B durch leichte, nahtlose Hanfriemen auf Transmissionswellen oder Arbeitsmaschinen übertragen werden.

Der Regulator (Fig. 17) ist mit seinem konischen Zapfen K in die Vorgelegewelle w1 eingepasst. Der an K sich anschliessende Hohlcylinder G enthält zwei symmetrisch liegende Aussparungen, durch welche zwei segmentartige Gewichte g und g1 eingeführt sind, welche, mit Schneiden versehen, in passende Vertiefungen des Hohlcylinders G eingreifen und mit Hilfe der Stifte i, i1 gegen einen durch die Feder f belasteten Druckstift e drücken. Bei Drehung der Welle w1 gehen die Gewichte g und g1 in Folge der Centrifugalkraft nach aussen, indem ihre inneren Enden den Druckstift e verschieben, durch den dann mittels Hebelgestänges das bereits erwähnte entlastete Drosselventil beeinflusst wird.

Der Dampf gelangt aus dem Laufrade in das sich hier anschliessende Gehäuse und durch das Auspuffrohr ins Freie.

Das Turbinengehäuse ist mit einem Blechmantel M (Fig. 15) umgeben, um den Verlust des Dampfes durch Condensation nach Möglichkeit zu verringern. Zum Auslassen des Condensationswassers dient ein 0,5 Zoll engl. weites Rohr, welches nach unten etwas geneigt ist.

Bei der Aufstellung der Dampfturbinen sind schwere Fundamente nicht erforderlich; bei Turbinen bis zu 30 genügt eine einfache Gussplatte, wie sie in Fig. 13 angegeben ist, bei grösseren Maschinen (50 und mehr) wählt man vortheilhaft ein leichtes Fundament aus Ziegelmauerwerk.

Dem Gefälle bei den Wasserturbinen entspricht bei den Dampfturbinen eine gewisse Spannung des Dampfes, welche in Geschwindigkeit umgesetzt wird. Die Aus- und Durchlassgeschwindigkeit des Dampfes wird um so grösser, je weiter er expandiren kann; sie beträgt z.B. bei Expansion von 5 at auf 1 at abs. etwa 750 m, bei Expansion von 5 at auf 0,1 at (bei Anwendung von Condensation) etwa 1100 m in der Secunde. Da jedoch die Umfangsgeschwindigkeit des Turbinenrades wegen der Beanspruchung des Rades durch die Centrifugalkraft eine Grenze hat, so ist man bei den bisherigen Ausführungen über 300 m in der Secunde nicht hinaus gegangen. Die Düse erhält zu dem Zwecke einen nach dem Turbinenrade sich erweiternden Konus, dessen kleinster Querschnitt die Menge des ausströmenden Dampfes, das Verhältniss der Querschnitte an beiden Enden aber die Grösse der Expansion und in Folge dessen die Endgeschwindigkeit ergeben.

Ist der Endquerschnitt richtig gewählt, d.h. hat der Dampf weder eine zu hohe Spannung an der Ausströmungsöffnung, noch einen Energieverlust in Folge Ueberdruckes im Spalt zu erleiden, so tritt er bei vollständiger Expansion in geschlossenem Strahle in die Schaufeln ein, ohne dass eine dampfdichte Verbindung zwischen Düse und Turbinenrad nöthig wird. Hierin liegt ein Vorzug der Laval'schen Turbine gegenüber den Dampfturbinen anderer Systeme, bei denen der Dampf unter grossem Drucke ausströmt und sich durch den nöthigen Spalt verbreitet; ohne in das Turbinenrad zu gehen.

Bremsversuche, welche vor etwa 1½ Jahren in Stockholm an einem 50pferdigen Motor vorgenommen wurden, sollen bei einem Drucke von 8,5 at 18000 minutliche Umdrehungen und beim Betreiben mit Condensation einen Dampfverbrauch von etwa 9 k für 1 effective , bei einem 5pferdigen Motor ohne Condensation bei 6 bis 7 at Kesselspannung einen Dampf verbrauch von 16 bis 17 k ergeben haben.

2) Dampfmaschinen mit hin und her gehendem Kolben.

Eine der Willans-Maschine (1893 288 * 220) nachgebildete einfach wirkende Dampfmaschine stehender Anordnung mit ebenfalls centraler Dampfvertheilung von Beaumont und Wallington, welche von der Blair Engineering Company in Peckham, S. E., gebaut wird, veranschaulichen die dem The Engineer vom 20. Juli 1894 S. 65 entnommenen Abbildungen (Fig. 18 und 19).

Textabbildung Bd. 296, S. 26

Die Dampfvertheilung erfolgt von den beiden Pleuelstangen H aus, indem die oberen Enden derselben, rechtwinkelig zu ihrer Längsrichtung, je einen kurzen Hebel G tragen; zwischen diesen beiden Hebeln liegt eine Lenkstange E, deren unteres Ende mit dem gegabelten Theil einer am Maschinenständer gelagerten Schwinge A verbunden ist, an deren äusserem Ende die mit dem Steuerorgan verbundene Schieberstange angreift.

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Befinden sich die beiden Pleuelstangen H in der auf den Abbildungen ersichtlichen oberen Lage und nehmen wir zunächst an, dass sie von dem Kurbelzapfen gelöst und bis zur Mitte der Schwungrad welle senkrecht nach abwärts gezogen werden, so müssen die Hebel G dieser Bewegung folgen und werden ebenso wie auch der Punkt d der Schwinge A denselben Weg wie der Kolben zurücklegen; dahingegen wird der vom äussersten Punkt c der Schwinge während dieser Zeit zurückgelegte Weg ein grösserer sein. Der Unterschied der von den Punkten d und c zurückgelegten Wege entspricht der Grösse der Ueberdeckung und dem Voreilen des Schiebers. Werden nun die Pleuelstangen so weit nach rechts verschoben, dass die Mitten ihrer Köpfe in den Kurbelkreis zu liegen kommen, so bewegen sich die Enden der Hebel G nach aufwärts und nehmen hierbei die Stange E, die Schwinge A und die Schieberstange D sammt dem Steuerorgan mit.

Die thatsächliche Bewegung des Schiebers in Bezug auf diejenige des Kolbens bei einer halben Umdrehung der Kurbel ist demnach gleich dem Unterschiede zwischen den Wegen der Punkte d und c, einschliesslich der ihnen von den Hebeln G mitgetheilten Bewegung.

Die Grösse, um welche das Steuerorgan die Einströmkanäle offen hält, ist von der Länge der Schwinge, sowie der Entfernung der Punkte c und d von einander abhängig; es lässt sich demnach durch Veränderung dieser Entfernung mit der Steuerung jeder beliebige Expansionsgrad erreichen.

Da die Maschine nur einfach wirkend, wird die Schieberstange D stets auf Druck, die Lenkstange E dagegen stets auf Zug beansprucht, so dass irgend welche geringe Abnutzung in der einen Stange sich durch Abnutzung in der anderen Stange ausgleicht.

Das Steuerorgan besteht aus zwei durch eine Spindel N mit einander verbundenen Kolbenschiebern L und M, welche den Eintritt frischen Dampfes durch die Oeffnungen l bezieh. das Austreten des Abdampfes durch die Oeffnungen m reguliren.

Durch die Oeffnungen n gelangt der Arbeitsdampf über den Kolben R, um nach vollbrachter Arbeit durch dieselben Oeffnungen und die vom Kolben M freigegebenen Oeffnungen m in den Ausströmkanal L, von da ins Freie oder in einen Condensator zu entweichen.

Die Maschinen werden für ein-, zwei- oder dreimalige Expansion des Arbeitsdampfes, und zwar entweder mit einer oder mit zwei Kurbeln gebaut.

Die Kurbeln sind von Stahl, die Wellenlager von Phosphorbronze. Die geschlossene Kurbelkammer bildet einen Oelbehälter für die bei jeder Umdrehung in die Flüssigkeit tauchende Kurbel.

Eine in ihrem Gesammtbau ähnliche schnellaufende Dampfmaschine mit entlasteten, rotirenden Schiebern von Carels Frères in Gent war in Antwerpen 1894 ausgestellt.

Die Maschine ist wieder einfachwirkend und setzt sich, je nachdem eine ein-, zwei- oder dreimalige Expansion des Arbeitsdampfes stattfinden soll, aus zwei, vier oder sechs Cylindern zusammen, welche paarweise über einander gestellt sind. Eine Grundplatte trägt den geschlossenen Maschinenständer mit angegossenen Führungen, in denen die cylindrischen Kreuzköpfe gleiten.

Die in Fig. 20 bis 22 ersichtliche, zur Ausstellung gebrachte Zweifach-Expansionsmaschine hatte 250 bezieh. 320 mm Cylinderdurchmesser und 160 mm Kolbenhub; sie leistet bei 6 at Anfangsspannung und einer Füllung von 56 Proc. des Kolbenhubes mit 360 minutlichen Umdrehungen 60 indicirte .

Textabbildung Bd. 296, S. 27

Auf dem Maschinenständer stehen die Cylinder, von denen je zwei mit dem inmitten liegenden Schieberkasten aus einem Stück gegossen sind.

Die Drehschieber von symmetrischer Gestalt sind auf einer stehenden Welle befestigt, welche mittels konischer Räder im Verhältniss 1 : 2 von der Kurbelwelle angetrieben wird; einer jeden halben Umdrehung der Schieber entspricht sonach eine volle Umdrehung der Kurbelwelle.

Textabbildung Bd. 296, S. 27

Der Dampf tritt durch den Stutzen 42 um das Schiebergehäuse herum in den oberen Theil der Cylinder 1, 2, und zwar in der Fig. 20 ersichtlichen Lage der Kurbelstangen durch die Oeffnungen 12 in den Schieber 13 und aus dem Kanäle 14 desselben durch den Kanal 15 in den Hochdruckcylinder 1. Hat der Kolben dieses Cylinders bei seiner Abwärtsbewegung ungefähr die Hälfte des Hubes zurückgelegt, so wird der Kanal 15 durch den rotirenden Schieber geschlossen und damit die Zufuhr frischen Dampfes abgeschnitten; der im Cylinder 1 eingeschlossene Dampf wirkt nun durch Expansion.

Ist der Kolben am Ende seines Hubes angelangt, so entweicht der wirksam gewesene Dampf durch die Oeffnungen |28| 18 und 19 und es tritt eine Entlastung des Kolbens so lange ein, bis die Schieberöffnung 17 den Kanal 15 überschritten hat und der abziehende Dampf comprimirt wird.

Die Dampfvertheilung der Niederdruckcylinder 3 und 4 regelt der Schieber 21, welcher dieselbe Construction wie der Schieber 13, jedoch grössere Abmessungen besitzt, in ähnlicher Weise.

Textabbildung Bd. 296, S. 28

Das Einlassventil steht unter Wirkung eines Centrifugalregulators, der auf dem einen Ende der Kurbelwelle angeordnet ist; auf dem anderen Ende der genannten Welle ist ein Schwungrad aufgekeilt.

Um Abnutzungen auf ein Minimum zurückzuführen, sind alle der Reibung unterworfenen Flächen reichlich gross gehalten.

H. Austin in Birmingham wurde nach Industries and Iron vom 17. August 1894 in England unter Nr. 13879 vom 18. Juli 1893 die Construction der in Fig. 23 ersichtlichen schnellaufenden Dampfmaschine mit ebenfalls rotirendem Schieber geschützt.

Die nach den Enden des Cylinders führenden Kanäle A und A1 werden bei der mittels Spindel D bewirkten Drehbewegung des Kolbenschiebers C durch den Kanal B desselben abwechselnd geöffnet und geschlossen bezieh. kommen sie abwechselnd mit dem Ausströmkanale E in Verbindung.

Ausserhalb des Schieberkastens ist ein gewöhnlicher Kugelregulator F angeordnet, welcher die Geschwindigkeit der Maschine durch Längsverschiebungen des Kolbenschiebers regulirt.

Eine schnellaufende Dampfmaschine mit Drehschiebersteuerung, System Otto A. Barleben (D. R. P. Nr. 59899), war in erstmaliger Ausführung von der Zeitzer Eisengiesserei und Maschinenbau-Actiengesellschaft zur vorjährigen Thüringer Gewerbe- und Industrie-Ausstellung in Erfurt gebracht.

Bei der Steuerung gelangt ein völlig entlasteter cylindrischer Drehschieber zur Anwendung, welcher ebenfalls derart ausgebildet ist, dass der Regulator durch eine Längsverschiebung des Schiebers veränderliche Füllungen und bei Verbundmaschinen auch Verdichtungen, dem jeweiligen Belastungszustande entsprechend, einzustellen vermag.

Eine nach diesem System ausgeführte einfachwirkende Verbundmaschine von 200 bezieh. 345 mm Cylinderdurchmesser und 200 mm Kolbenhub läuft bei 8 bis 12 at Anfangsspannung im Hochdruckcylinder mit 380 Umdrehungen in der Minute.

Der Untertheil dieser Maschine ist als Hohlkörper von rechteckigem Querschnitt ausgebildet und erhält an den beiden Schmalseiten die Lager für die Kurbelwelle; auf das obere, offene und mit Innenflansch versehene Ende desselben kommen die mit dem mittenliegenden Drehschiebergehäuse aus einem Stück gegossenen, unten offenen Cylinder zu stehen. Die Kolben sind aus Stahlguss gefertigt.

Fig. 24 und 25 veranschaulichen die Construction des Drehschiebers und diejenige des Kolbens vom Niederdruckcylinder. Im Schieberkastengehäuse b sitzt ein innen cylindrisch ausgebohrter Gusstahlkörper b1, in dem sich der eigentliche Drehschieber c bewegt. Sowohl im Körper b1 wie auch im Schieber befinden sich eine Anzahl Oeffnungen, welche zusammen mit entsprechenden Aussparungen im Gehäuse b die Kanäle zur Dampfvertheilung bilden. Der Drehschieber ist durch einen Flachkeil an die Stange des Regulators angeschlossen; letzterer sitzt auf einem Bügellager im Untertheil der Maschine und wird mittels konischer Räder von der Schwungradwelle aus in Umdrehungen versetzt.

Der Spiegel im Schieberkasten ist Fig. 26 in kleinerem Maasstabe ersichtlich und ebenso der abgewickelte Schieber in Fig. 27; Fig. 28 gibt einen Wagerechtschnitt durch den Schieber nach 1 (Fig. 26 und 27) und Fig. 29 einen solchen nach 11 (Fig. 26 und 27). In Fig. 27 ist mit 1 die Eintrittskante, mit 2 die Füllungskante, mit 3 die Füllungs- und Verdichtungskante, mit 4 die Vorausströmungslinie, mit 5 der Voraustritt und mit 6 die Verdichtungskante bezeichnet. In Fig. 28 befindet sich bei 7 der todte Punkt, bei 8 erfolgt der Eintritt des frischen Dampfes in den kleinen Cylinder; in Fig. 29 ist bei 7 der todte Punkt und bei 9 erfolgt der Eintritt des Dampfes in den grossen Cylinder.

Textabbildung Bd. 296, S. 28

Zum Verstellen der Tourenzahl dient ein aus der Feder d, Metallkapsel d1 und Schraube l (Fig. 24) bestehender Mechanismus, welcher in einer auf das Gehäuse des Drehschiebers aufgesetzten Haube untergebracht ist.

Es sind Vorrichtungen angeordnet, um dem Niederdruckcylinder, wenn erforderlich, direct Dampf zuzuführen.

Auf der Ausstellung in Antwerpen 1894 erregten auch eine schnellaufende wagerechte Dampfmaschine, System Pierrez, mit beweglichem Cylinder und Kolben von Jules |29| Joly in Saint-Ghislain (Belgien), sowie eine wagerechte Dampfmaschine für hohe Tourenzahl mit zwei im gemeinsamen Cylinder sich bewegenden Kolben von der Werkstätte für Maschinenbau vorm. Ducommun in Mülhausen (Elsass) Aufsehen.

(Schluss folgt.)

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