Titel: Polytechnische Rundschau.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1909, Band 324 (S. 622–624)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj324/ar324190

Polytechnische Rundschau.

Untersuchungstriebwagen.

Auf der Strecke Blankenese–Hamburg–Ohlsdorf1) können Arbeiten an der mit 6300 V 25 Perioden Wechselstrom gespeisten Fahrleitung nur vorgenommen werden, wenn die letztere spannungslos ist. Ein zur Untersuchung verwendetes Fahrzeug muß daher unabhängig von der Fahrleitung bewegt werden können. Man hat dementsprechend zwei Untersuchungswagen, die in ihrem mechanischen Aufbau im wesentlichen mit den normalen gedeckten Güterwagen übereinstimmen, mit Gleichstrommotoren und Akkumulatorenbatterien ausgerüstet. Die Wagen, welche bei 4 m Radstand 7,5 m Länge zwischen den Buffern besitzen, wiegen vollständig ausgerüstet 20,5 t. Hiervon entfallen auf die Akkumulatorenbatterie 3 t und auf die übrige elektrische Ausrüstung etwa 6,5 t. Die Batterie, welche bei fünfstündiger Entladung 183 Amp./St. Kapazität besitzt und einen Strom von 36 Amp. liefert, ist teils in pult-förmigen Vorbauten an den Stirnseiten des Wagenkastens, teils im Wageninnern untergebracht. Die hierzu benutzten Räume sind durch Klappen von außen zugänglich und nach dem Wageninnern hin luftdicht abgeschlossen. Die Motoren, welche mit einfacher Zahnradübersetzung von 1 : 4,12 die Fahrzeugachsen antreiben, leisten je 15 PS und ergeben als höchste Fahrgeschwindigkeit 20 km/St.

Auf dem Wagendach ist vorn und hinten je ein in senkrechter Richtung verschiebbarer Bügelstromabnehmer angebracht, die vor Beginn irgendwelcher Arbeiten an der Fahrleitung an die letztere angelegt werden, um sie zu erden. Die Erdung des Fahrzeuges selbst wird durch Drahtbürsten gesichert, die verstellbar an den Bahnräumen befestigt sind und auf den Fahrschienen aufliegen. Die Arbeiten werden von einer auf dem Dache des Wagens angebrachten Plattform aus vorgenommen. Diese Plattform kann mittels einer Handkurbel vom Wagen aus gedreht werden, wenn an den außenliegenden Isolatoren der Stützstreben oder an Leitungen über einem benachbarten Gleise Arbeiten ausgeführt werden sollen. Das Wageninnere ist als Werkstatt mit Schraubstock, Feldschmiede und Werkzeug ausgerüstet; ferner sind Material und Ersatzteile dort untergebracht. Zur Beleuchtung des Wageninnern, der vorgeschriebenen Lokomotivsignale und der Arbeitsstelle auf dem Wagendache sind elektrische Glühlampen verwendet. Als Schlußsignal dient eine Petroleumlaterne und zur Heizung des Wagens ein eiserner Ofen. (Freund) [Elektrische Kraftbetriebe und Bahnen 1909, S. 251 bis 252].

Pr.

Untersuchung einer 300 KW-Parsonsturbine.

Die Untersuchungen an der Parsonsturbine im Maschinenbaulaboratorium der Technischen Hochschule Charlottenburg erstreckten sich auf den Einfluß der Dampfuberhitzung und eines geringen Gegendruckes; zur möglichst genauen Aufstellung der Bilanz der aufgewendeten, nutzbaren und verlorenen Energie waren eine Reihe besonderer Messungen notwendig. Die Turbine leistete bei 2400 Umdreh.-Min. 300 PS, besaß 65 Stufen und war mit einer Gleichstromdynamo mit getrennter Erregermaschine direkt gekuppelt.

Die Messungen der Leistung der Dynamomaschine geschah mit sorgfältig geeichten Instrumenten. Die Messung der Drucke durch Feder- und Quecksilbermanometer und der Temperaturen mit Ausnahme der Temperatur des Abdampfes mittelst Thermoelementen. Die Messung des niedergeschlagenen Dampfes erfolgte durch Ausfluß aus Poncelet-Oeffnungen, durch Ablesung der Stauhöhe in bestimmten Zeitabschnitten.

Zur Bestimmung der mechanischen und elektrischen Verluste dienten Auslaufversuche; die Maschine wurde bei voller Tourenzahl von der Dampfleitung abgesperrt und sich selbst überlassen. Es wurde die Umdrehungszahl in regelmäßigen Zeitabschnitten festgestellt und dadurch die Verzögerung bestimmt. Die Versuche wurden bei erregter und unerregter Maschine und bei verschiedenem Gegendruck vorgenommen; dabei konnten die mechanischen Verluste und die elektrischen Verluste getrennt, ferner auch die Dampfreibung des rotierenden Teiles der Turbine gesondert bestimmt werden, da letztere bei dem extrapolierten Gegendruck 0 zu Null wird. Es ergab sich, wie auch bei andern Versuchen, eine lineare Zunahme der Dampfreibung mit steigendem Gegendruck. Mit Hilfe der Auslaufversuche konnten also die Verzögerungen durch die widerstehenden Kräfte der Reibung, der Ventilation, der Antriebskraft für die Oelpumpe und den Regulator bestimmt werden und nach Ermittlung des Trägheitsmomentes der rotierende Teile waren auch die verzögernden Kräfte und deren Arbeiten gefunden. Das Trägheitsmoment J wurde bei verschiedenen Entlastungsversuchen mit Hilfe der vom Tachographen aufgezeichneten Tourensteigerung im Mittel zu 5,79 kg/qm ermittelt und zwar mit Hilfe der bekannten mechanischen Beziehung worin D das überschüssige Drehmoment zur Zeit der Entlastung, welches vor der Entlastung genau abgelesen wurde, bedeutet. Die Zeit Δt, welche bis zur Tourensteigerung Δn = 5 v.H. verfloß, wurde der Aufzeichnung des Tachographen entnommen. Somit |623| konnten die Reibungsverluste von Turbine und Generator angegeben werden. Um beide zu trennen, wurden besondere Auslaufversuche, genau wie vorher mit dem ganzen Aggregat, mit der Turbine allein vorgenommen unter Veränderung des Gegendruckes. Bei dem früheren Versuch mit verschiedenem Gegendruck bei angekuppelter Dynamo wurde die Dampfreibungsarbeit der Turbinen bei 1,035 kg/qcm Gegendruck zu 8 PS bestimmt, die natürlich unter den gleichen Verhältnissen für die alleinlaufende Turbine gerade so groß ist. Damit ist der Maßstab festgelegt, welcher die Reibungsverluste der Turbine allein bestimmen läßt. Bei 2380 Umdrehungen ergibt sich eine Reibungsarbeit der Turbine (ohne Dampfreibung) zu 7,6 PS, des Generators zu 15,6 PS. Danach beträgt das Trägheitsmoment der Turbine nur 0,72 kg/qm, es macht also nur einen geringen Bruchteil des Trägheitsmomentes des Generators aus; die lebendige Kraft der Turbine allein ist somit verhältnismäßig gering.

Einen Teil der Untersuchungen bildete auch die Feststellung der Strahlungsverluste der Turbine. Zu diesem Zwecke wurde die Turbine an der Drehung verhindert und die durchströmende Dampfmenge konstant gehalten. Da der Dampf an allen Punkten in der Turbine überhitzt war, konnte sein Wärmeinhalt an jeder Meßstelle – es waren im ganzen 6 – bestimmt werden. Mit dem Einlassen des Dampfes begann man mit den Ablesungen; erst nach etwa 3 Stunden blieben die Temperaturen an den verschiedenen Meßstellen konstant. Aus der stündlich durchgeschickten Dampfmenge und der Abnahme des Wärmeinhaltes ergab sich für die Turbine eine stündliche Wärmeabgabe von 5620 W.E. entsprechend einem Arbeitswert von 8,9 PS. Dieser Betrag stellt jedoch nicht den Energieverlust dar; denn aus den 5620 W.E. erhalten wir keine 8,9 PS, sondern nur etwa ⅙ dieses Wertes nach dem thermodynamischen Wirkungsgrad, mit welchem die Umsetzung der Wärmeenergie in mechanische Arbeit durch die Turbine erfolgt. Wir sehen also, es ergibt sich als Energieverlust durch Strahlung ein verschwindend kleiner Betrag, bei 300 PS Normalleistung nur ½ v.H. Die Dampfmenge, welche durch Stopfbüchsen und Entlastungskolben verloren geht, wurde auf folgende Weise bestimmt: es gelang nur, die Summe der durch den letzten Entlastungskolben und die vordere Stopfbüchse tretende Dampfmenge zu messen, indem der Dampf in dem Abströmrohr durch einen Kühlwassermantel niedergeschlagen wurde. Der austretende Dampf war überhitzt, so daß seine Wärme bekannt war; aus der Menge und Temperaturerhöhung des Kühlwassers konnte die durchströmende Dampfmenge berechnet werden. Die durch die Stopfbüchse tretende Dampfmenge bleibt bei allen Belastungen gleich, weil immer das Vakuum gegen Atmosphärendruck abzudichten ist; während der Entlastungskolben bei den wechselnden Druckunterschieden verschieden große Mengen Dichtungsdampf braucht. Unter Beachtung dieser Umstände war es möglich, die Dampfmengen für Stopfbüchse und Entlastungskolben bei der graphischen Verarbeitung der Versuchsresultate voneinander getrennt zu ermitteln. Hierbei ist von den Untersuchungen Stodolas über die Strömungsvorgänge durch Labyrinthdichtungen Gebrauch gemacht worden; danach ist die durchtretende Dampfmenge proportional mit wenn p1 und p2 die Drucke vor bezw. hinter der Dichtung bedeuten. Die durch Stopfbüchse und Entlastungskolben bei verschiedenen Belastungen tretende Dampfmenge nahmen nun, wie man sich durch graphisches Auftragen überzeugte, geradlinig mit zu; die Verlängerung der Geraden bis zu dem Punkte, wo ergab in dem Abschnitt auf der Ordinatenachse den konstanten Betrag für die Dampfmenge, welche durch die Stopfbüchse strömte; sie ergab sich für die vordere Stopfbüchse zu 45 kg/St. Die beiden Stopfbüchsen zugeführte Dampfmenge wurde zu 115 kg/St., d.s. ∾ 3½ v.H. der Dampfmenge bei Vollast gemessen, so daß die hintere Stopfbüchse 70 kg/St, brauchte. Die so ermittelten Werte wurden dadurch geprüft, daß die eine Stopfbüchse mit Dampf gesperrt wurde, während durch die andere Luft eintrat und umgekehrt. Die auf beiden Seiten eintretende Luftmenge wurde beim Austritt aus der Luftpumpe gemessen. Auf den Druckunterschied im Betrieb umgerechnet, ergab sich eine Luftmenge von 43,5 kg vorn und hinten 71,5 kg/St, also eine gute Uebereinstimmung mit den auf obige Weise ermittelten Werten.

Die Dampfmengen, welche durch den ersten und zweiten Entlastungskolben hindurchtreten, konnten nicht gemessen werden. Um aber über ihre Größe einen Anhalt zu bekommen, wurde folgender Weg eingeschlagen: Nach Stodolas Formel für die durch eine Labyrinthdichtung tretende Dampfmenge

worin d den Durchmesser des Labyrinthkolbens und g die Anzahl der Labyrinthe bedeutet, wurde entsprechend den gemessenen Druckunterschieden vor und hinter jedem Kolben das Verhältnis der Dampfmengen zu 3 : 1,75 : 1 bestimmt; die Belastung hatte darauf keinen Einfluß. Da die durch den letzten Kolben tretende Dampfmenge in einem Falle zu 185 kg/St. = 5,6 v.H. der Gesamtdampfmenge ermittelt worden war, so errechnet sich für den 2. Kolben die durchtretende Dampfmenge zu 323 kg/St. = 10,14 v.H. und für den 3. Kolben, der gegen den eintretenden Hochdruckdampf abzudichten hat, 550 kg/St. = 17,2 v.H. der gesamten der Turbine zufließenden Dampfmenge.

Für den Hochdruckteil von Parsousturbinen liegen also die Verhältnisse ungünstig. Die erhaltenen Werte gelten aber nicht für alle Größen von Parsousturbinen; für größere Maschinen werden sie kleiner.

Die eigentlichen Dampfverbrauchsversuche erstreckten sich auf das Verhalten der Turbine bei verschiedener Belastung, Ueberhitzung und Kondensatorspannung. Soweit es möglich war, wurde auch die Umlaufzahl verändert. Die Eigenreibung der Turbine in ihren Lagern, für den Regulator und Oelpumpenantrieb wurde bei Normallast zu 1,5 v.H. bestimmt (7,6 PS). Die Radreibung ist unter die hydraulichen Verluste gerechnet; sie ist auch kein vollständiger Verlust, weil ein Teil der Reibungswärme in den folgenden Stufen noch nutzbar gemacht wird. Die für die Stopfbüchsen gebrauchte Dampfmenge ist für sich bestimmt worden. Aus der Differenz mit der gemessenen Gesamtdampfmenge erhält man die Dampfmenge, welche Arbeit verrichtend die Turbine durchströmt. Die von dieser Dampfmenge wirklich ausgenutzte Wärme wurde aus der Leistung mit Hilfe der Beziehung berechnet, worin D die stündliche Dampfmenge vom Wärmeinhalt i hinter dem Regulierventil, qc die Flüssigkeitswärme des Kondensats und N die Leistung bedeutet. Die aus dem Anfangs- und Endzustand des Dampfes berechnete, ausgenutzte Wärmemenge war um etwa 5 v.H. höher. Dieses Resultat ist deshalb beachtenswert, weil der Wirkungsgrad oft auf Grund des Dampfzustandes vor und hinter der Turbine bestimmt wird. Im vorliegenden |624| Fall kommt also dieser Ermittlung- eine Genauigkeit von 5 v.H. zu.

Durch die Trennung der Arbeitsdampfmenge von der Gesamtdampfmenge konnte sowohl der Gütegrad der Turbine als Ganzes wie der Energieumsetzung im rotierenden Teil beurteilt werden.

Die Dampfmenge bei verschiedenen Anfangsdrucken ergab bei der graphischen Darstellung sowohl für gesättigten wie für überhitzten Dampf eine gerade Linie, die jedoch nicht durch den Anfangspunkt geht, sondern die Anfangsordinate in einer Höhe schneidet, welche der Stopfbüchsendampfmenge entsprechen muß; dies ist auch mit ziemlicher Annäherung der Fall. An einzelnen Stufen nahm der Druck linear mit dem Anfangsdruck zu.

Bei Verbesserung des Vakuums um 1 v.H. erhöht sich in den Grenzen von 85 bis 95 v.H. Vakuum auch der Dampfverbrauch um 1 v.H.; bei Aktionsturbinen ist der Einfluß des verbesserten Vakuums größer. Wird das Kondensat in den Kessel zurückgepumpt, seine Wärme also wiedergewonnen, so erscheint die Verbesserung des Wirkungsgrades bei höherem Vakuum geringer und zwar entspricht einer Aenderung des Vakuums um 1 v.H. eine Aenderung des Wärmeverbrauchs um 0,6 v.H.

Bezüglich des Einflusses der Ueberhitzung ist zu bemerken, daß für jede 7,3° Ueberhitzungstemperatur eine Verminderung des Dampfverbrauchs um 1 v.H. eintritt. Geht man jedoch richtiger auf den Wärmeverbrauch zurück, weil doch die Ueberhitzungswärme nicht umsonst ist, so ergibt sich erst bei etwa 20° Temperatursteigerung eine Verringerung des Wärmeverbrauchs um 1 v.H. Der wirtschaftliche Gewinn von überhitztem Dampf von 300 im Vergleich zu gesättigtem Dampf ist dann nur etwa 5 v.H., wenn gleicher Kesselwirkungsgrad in beiden Fällen angenommen wird.

Trägt man die Gütegrade – auf die Wärmeausnutzung bezogen – als Funktion der Turbinenleistung auf, so ergibt sich bis auf halbe Leistung herab eine nur unwesentliche Abnahme des Wirkungsgrades. Von da an ist die Abnahme bei überhitztem Dampf stärker, wohl infolge der höheren Strahlungsverluste. Auf die in der Turbine arbeitende Dampfmenge bezogen bleibt der Wirkungsgrad der Wärmeausnutzung bei allen untersuchten Belastungen konstant = 56 v.H. Dies ermöglicht es, aus einem bei beliebiger Belastung ausgeführten Versuch die Betriebsverhältnisse, welche sich bei veränderlicher Belastung ergeben, rechnerisch zu bestimmen.

Durch Messung von Druck und Temperatur in einzelnen Stufen konnte das in den einzelnen Stufengruppen verarbeitete Wärmegefälle und durch Vergleich mit dem verfügbaren Gefälle der Wirkungsgrad der einzelnen Gruppen ermittelt werden. Es ergab sich, daß die Wirkungsgrade fast unabhängig von der Belastung sind. Die mittleren Stufen arbeiten etwa mit einem Wirkungsgrad von 60 v.H., die Niederdruckstufen mit 56 und die Hochdruckstufen mit nur etwa 40 v.H. Wirkungsgrad. Es ist dies die Folge des hohen Spaltverlustes in der Hochdruckstufe. (Gensecke). Zeitschrift für das gesamte Turbinenwesen 1909, Heft 6 bis 10.

M.

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s. D. P. J.S. 94 u. 141 d. Bd.

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