Titel: Die Curtissche Dampfturbine.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1903, Band 318 (S. 490–491)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj318/ar318134

Die Curtissche Dampfturbine.

Die „Electrical World and Engineer“ bringt einen Vortrag von Emmet*) über eine neue von Curtis erfundene Turbinenkonstruktion, deren erste Patente bereits aus dem Jahre 1895 stammen, über welche indessen bisher keine Beschreibungen veröffentlicht wurden, obwohl die Fabrikation schon in vollem Gange ist und Aufträge auf Maschineneinheiten von zusammen 230000 PS erteilt sind. Wir geben den Vortrag nachstehend auszugsweise wieder.

Seit James Watts genialer Erfindung bedeutet die Dampfturbine den ersten wirklich bedeutenden Fortschritt im Bau von Primärmaschinen, der dazu angetan ist, einen völligen Umschwung der bisherigen Verhältnisse herbeizuführen. Während der Hauptteil einer gewöhnlichen Dampfmaschine ein in einem Zylinder gedichteter Kolben ist, welcher durch die Expansion des Dampfes hin und her bewegt wird, liegt den Turbinen die Idee zugrunde, dem Dampf durch seine Expansion eine eigene Geschwindigkeit zu erteilen und durch Stosswirkungen auf die Schaufeln eines rotierenden Rades zu übertragen. Die Ausführung dieses Gedankens erscheint auf den ersten Blick sehr einfach und in ähnlicher Weise lösbar wie bei den Wasserturbinen; doch bedingt, wie die nachstehenden Zahlen zeigen werden, die Uebertragung der hohen Dampfgeschwindigkeit auf Räder mit brauchbaren Umlaufszahlen grosse Schwierigkeiten. Wenn Dampf unter einem Druck von 10,5 kg/qcm in die freie Atmosphäre hinein expandiert, so erteilt er sich dabei eine Geschwindigkeit von etwa 890 m/Sek. Dieser Wert erhöht sich auf 1200 m, wenn die Expansion in einem Vakuum von 710 mm Quecksilbersäule stattfindet. Die Geschwindigkeit des Wassers in der Düse eines Wasserrades beträgt dagegen bei einer Druckhöhe von 30 m nur 24 m/Sek. Vergegenwärtigt man sich, dass die theoretisch günstigsten Betriebsbedingungen gegeben sind, wenn der austretende Flüssigkeits- bezw. Dampfstrahl die doppelte Geschwindigkeit besitzt, wie die Schaufel, auf welche er auftrifft, so kennzeichnen diese Zahlen deutlich den Unterschied beider Maschinen. Während diese Bedingung bei Wasserrädern leicht zu erfüllen ist, kann sie bei Dampfturbinen wegen der begrenzten Festigkeit des Materials der Räder und Schaufeln auch nicht einmal annähernd erreicht werden.

Bevor wir auf die Konstruktionseinzelheiten der Curtisschen Turbinen eingehen, seien einige Bemerkungen über die de Lavalsche und die Parsonsche Turbine, welche die ersten und für spätere Konstruktionen massgebenden Typen gewesen sind, vorausgeschickt. Bei der Lavalschen Turbine wird die gesamte potentielle Energie des Dampfes in einer Expansionsdüse in kinetische Energie umgesetzt; der Dampfstrahl trifft auf die Speichen eines einzigen Rades, welches infolge seiner genialen Konstruktion und Lagerung die Benutzung hoher Umfangsgeschwindigkeiten zulässt. Durch ein Vorgelege mit einer Uebersetzung 10 : 1 wird die zu betreibende Dynamomaschine mit der Turbinenwelle gekuppelt. Die im Betriebebenutzte Umfangsgeschwindigkeit am Laufrade beträgt 360 m/Sek., die Dampfgeschwindigkeit 1200 m/Sek. Man sieht, dass hier die theoretisch günstigste Geschwindigkeit nicht annähernd erreicht werden kann. Bei der Parsonsschen Turbine wird der Dampf in achsialer Richtung zwischen einer i Reihe von abwechselnd feststehenden und beweglichen Zylindern hindurchgeführt, welche konzentrisch angeordnet und auf den einander gegenüberstehenden Mantelflächen mit Schaufeln ausgerüstet sind. Beim Durchströmen durch diese Schaufelreihen erlangt der Dampf keine so hohe Geschwindigkeit, I wie in der Expansionsdüse der Lavalschen Turbine; die Geschwindigkeit wird vielmehr mit stufenweise zunehmender Expansion nach und nach erhöht.

Obwohl diese beiden Turbinen nicht zu unterschätzende Erfolge erreicht haben so waren sie bisher nicht dazu angetan, eine durchgreifende Wandlung der Dampfmaschinentechnik herbeizuführen. Der grosse Mangel an der Lavalschen Turbine besteht darin, dass ein Zwischengetriebe verwendet werden muss, dessen Wirkungsgrad den der Turbine stark beeinträchtigt, und dass bei grossen Maschineneinheiten die Verwendung eines solchen Getriebes überhaupt unstatthaft ist. Die Parsonssche Turbine dagegen hat den Nachteil einer sehr verwickelten Konstruktion, verbunden mit sehr hohen Herstellungskosten.

Die Curtissche Turbine, welche sich in manchen Punkten an die vorbeschriebenen Konstruktionen anlehnt, hat folgende Vorzüge: Die Möglichkeit, weit niedrigere Umfangsgeschwindigkeiten zu verwenden, geringes Gewicht, wenige und verhältnismässig einfache Teile, grössere Oekonomie und geringere Herstellungskosten.

Textabbildung Bd. 318, S. 490

Das Wesentliche der Konstruktion des Laufrades ist in Fig. 1 dargestellt. Wie bei der Lavalschen Turbine findet die Umsetzung der Energie aus dem potentiellen in den kinetischen Zustand in einer Expansionskammer k statt. Durch eine Reihe von gesteuerten Ventilen, vv tritt sodann der Dampf in das eigentliche Gehäuse der Turbine über und trifft auf die Schaufeln des beweglichen Teiles bb. Diese Schaufeln sitzen auf mehreren Radkränzen, welche durch eine entsprechende Anzahl von Schaufelkränzen ff auf dem feststehenden Teil getrennt sind. Die Schaufeln des beweglichen und des feststehenden Teiles sind gegeneinander gekrümmt, wie dies aus Fig. 1 zu ersehen ist. Der Dampfstrahl trifft |491| also zunächst auf die Schaufeln eines beweglichen Kranzes, wird von den Schaufeln des folgenden feststehenden Kranzes zurückgeworfen um sodann auf den nächsten beweglichen Kranz aufzutreffen. Diese Anordnung ermöglicht es, eine hohe Dampfgeschwindigkeit wirksam auf ein relativ langsam umlaufendes Element zu übertragen. Die Expansionskammer besitzt mehrere Ausströmungsöffnungen, sodass der Dampf bei gleichzeitiger Oeffnung derselben in Form eines breiten Bandes gegen die Schaufelräder strömt. Jede Turbine setzt sich zusammen aus mehreren Schaufelradsätzen mit Expansionskammern. Die Zahl der Sätze oder die Zahl der Räder f. d. Satz richtet sich im allgemeinen nach der gewünschten Grösse der Umfangsgeschwindigkeit; je niedriger letztere ist, eine desto grössere Anzahl von Sätzen, Rädern f. d. Satz oder beides gleichzeitig ist erforderlich. Die Verluste oder Undichtigkeiten in einem der Sätze kommen den nächstfolgenden wieder zugute in Gestalt grösserer Wärme oder grösserer Dampfmenge und ersetzen sich daher zum Teil wieder. Auch Verluste durch Wieder Verdampfung von Kondensationswasser fallen fort, da das Wasser in die nächsten Kammern eintritt, wo eine niedrigere Dampftemperatur herrscht.

Textabbildung Bd. 318, S. 491
Textabbildung Bd. 318, S. 491

Die Steuerung geschieht in der Weise, dass die Ventile vv in bestimmter Reihenfolge geöffnet und geschlossen werden. Es können auch, wenn es aus gewissen Gründen, besonders der Einfachheit halber, angebracht erscheint, die entsprechenden Ventile aller Kammern gleichzeitig geöffnet bezw. geschlossen werden. Fig. 2-5 sind Schaulinien, welche den Dampfverbrauch der Turbinen unter Zugrundelegung einer Maschineneinheft von 600 Kilowatt in Abhängigkeit von der Belastung,dem Admissionsdruck, dem Grade der Ueberhitzung, sowie dem verwendeten Vakuum wiedergeben. Fig. 2 zeigt die hohe Wirtschaftlichkeit der Turbinen; die obere Linie gilt für den Betrieb mit nicht überhitztem Dampf, die untere Linie bei Ueberhitzung des Dampfes um 83,5° C. Die verwendete Umfangsgeschwindigkeit betrug 126 m/Sek. Der Wirkungsgrad bei geringer Belastung ist verhältnismässig hoch und fällt bei Ueberlastung nicht ab, wie dies bei gewöhnlichen Dampfmaschinen der Fall ist. Die Linien (Fig. 4 und 5) für den Grad der Ueberhitzung und des Vakuums sind gerade Linien. Sie zeigen durch ihren Verlauf den grossen Vorteil hoher Ueberhitzung und hohen Vakuums.

Textabbildung Bd. 318, S. 491
Textabbildung Bd. 318, S. 491

Ein nicht zu unterschätzender Vorzug der Curtisschen Turbine ist der, dass der Dampf mit Oel nicht in Berührung kommt, und dass daher das Kondenswasser ohne vorherige Reinigung wieder als Kesselspeisewasser Verwendung finden kann. Der Raumbedarf von Turbinengeneratoren ist im Vergleich zu Dampfmaschinenbetrieben ein äusserst geringer, gleichzeitig ist der Aufbau der Fundamente ein sehr einfacher und billiger. Eine z. Zt. im Bau begriffene Maschineneinheit für 5000 Kilowatt soll auf Grund angestellter Berechnungen zwischen halber Belastung und 50 v. H. Ueberlastung nur um etwa 3 v. H. in ihrem Wirkungsgrad schwanken. Die Gewichte einer solchen Maschine verhalten sich zu denen einer gleich grossen durch eine senkrechte Corlissmaschine betriebene Einheit ohne Rücksicht auf die Fundamente wie 1 : 8. Noch krasser fällt der Vergleich mit einer wagerecht angeordneten Verbundmaschine aus. Es liegt daher auf der Hand, dass sich unter Benutzung von Turbinengeneratoren Erweiterungen grosser Kraftwerke im Innern grosser Städte ohne neuen Grunderwerb höchst wirtschaftlich ausführen lassen, und es steht zu erwarten, dass die Curtissche Turbine einen völligen Umschwung im Bau von elektrischen Kraftwerken herbeiführen wird.

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Gehalten vor der American Philosophical Society zu Philadelphia am 2. April.

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