Titel: Polytechnische Rundschau.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1910, Band 325 (S. 446–448)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj325/ar325131

Polytechnische Rundschau.

Verluste in den Schaufeln von Freistrahldampfturbinen.

Im Maschinenlaboratorium der technischen Hochschule zu Dresden wurden in Fortführung der Versuche von Prof. Lewicki über die Verluste in Düsen, Untersuchungen über die Verluste in Turbinenschaufeln angestellt. Die Versuche erstreckten sich nur auf eine Art Schaufeln und auf Dampfgeschwindigkeiten unterhalb des kritischen Wertes. Es wurden auch die Verluste einer Reihe von Düsen mit rundem und rechteckigem Querschnitt, kegelig verengter und erweiterter Form untersucht. Die tatsächliche Austrittsgeschwindigkeit aus den Düsen wurde teilweise auf doppeltem Wege bestimmt, einmal durch Messung des Reaktionsdruckes des austretenden Dampfstrahles, der senkrecht auf eine Platte an dem Balken einer Wage auftraf, und das zweite Mal mit Hilfe einer Kondensatmessung festgestellt. Durch den Vergleich mit der aus der verlustlosen adiabatischen Expansion errechneten Endgeschwindigkeit ließ sich der Verlustkoeffizient jeder Düse bestimmen. Bei kleineren Geschwindigkeiten unter 200 m machte sich der Einfluß des Luftwiderstandes bei der Bestimmung des Reaktionsdruckes umso mehr bemerkbar, je kleiner die Dampfgeschwindigkeit war; die effektive Geschwindigkeit fiel deshalb gegenüber dem tatsächlichen Wert etwas kleiner aus. Sie betrug z.B. in einem Falle einer zylindrischen Düse 48,75 m gegenüber 52,7 m, wie aus der Kondensatmessung ermittelt wurde. Bei höheren Geschwindigkeiten näherten sich die Ergebnisse beider Verfahren sehr; sie betrugen z.B. in einem Fall 404,53 und 408,8 m. Die theoretische Geschwindigkeit betrug im ersteren Fall 53,7 m, der Verlustkoeffizient 0,91 bezw. 0,98 und im letzteren Fall bei der hohen Geschwindigkeit 422,12 m, der Verlustkoeffizient 0,955 bezw. 0,958, also kein nennenswerter Unterschied. Bei der sich verengenden Düse zeigte sich nur eine geringe Abweichung der Verlustkoeffizienten, welche nach beiden Verfahren ermittelt wurden, bei allen Geschwindigkeiten. Diese Düse wurde deshalb auch bei den folgenden Schaufelversuchen benutzt.

Bei den Versuchen wurden acht verschiedene Schaufeln von 10–25 mm Höhe, verschiedener Krümmung und dementsprechend verschiedenem Ein- und Austrittswinkel verwendet. Um die Schaufeln rasch und genau auswechseln und einstellen zu können, wurden sie zuerst zwischen zwei Schienen gespannt, welche mit der Teilmaschine eingerissene Rillen besaßen; dann wurden die Stirnplatten unter Zwischenlegen einer dünnen Bleiplatte, welche Ungenauigkeiten auszugleichen gestattete, aufgesetzt und gegenseitig verspannt und darauf die erstgenannten Hilfsschienen entfernt. Die Aenderung der Schaufelung nahm nur zwei bis drei Minuten in Anspruch. Durch fünf auf diese Weise zusammengespannte Schaufeln strömte der Dampf aus der Düse senkrecht auf die Platte der Wägevorrichtung. Der gemessene Reaktionsdruck R1 = m . w1 wenn m die Dampfmasse und w1 die Austrittsgeschwindigkeit aus der Schaufel ist, wurde in Vergleich gebracht mit dem Druck des aus der Düse austretenden Dampfstrahles R0 = m . w0. Daraus ergab sich der Verlustkoeffizient der Schaufel

Nach der in der Hydraulik gültigen Beziehung für den Energieverlust beim Durchströmen durch einen Kanal ergibt sich, daß der Verlust von dem Verhältnis und abhängt, wenn l die mittlere Länge des Kanals, a die radiale Länge der Schaufel und e die Stärke des Dampfstrahles bedeutet. Ist α der Schaufelwinkel am Ein- und Austritt, r der Krümmungsradius der Schaufeln und τ die Teilung so ist

d.h. die Teilung ist eine Funktion von r und α. Um diese Funktion zu bestimmen, wurde zuerst α unverändert gehalten und die Veränderlichkeit von τ mit r untersucht, dann die Abhängigkeit τ von α bei unveränderlichem r. Bei den ersteren Versuchen mit α = 30° betrug die Schaufelbreite b zwischen 10, 15, 20 und 25 mm, das zugehörige Es ergab sich die günstigste Teilung bei allen vier Schaufelbreiten für τ = r oder für eine Stärke des Dampfstrahles

Die Versuche ergaben auch, daß das Verhältnis nur einen untergeordneten Einfluß auf den Geschwindigkeitsverlust ausübt.

Da so mußte allgemein für verschiedene Werte von α auch sein. Dies bestätigte |447| sich denn auch bei den Versuchen mit α = 20, 30, 40 und 50° und einem Krümmungsradius auch bei den verschiedenen angewandten Geschwindigkeiten. Somit könnte für Freistrahlturbinen mit Geschwindigkeiten unterhalb der Schallgeschwindigkeit die günstigste Schaufelteilung leicht bestimmt werden.

Es ist versucht worden, den Geschwindigkeitsverlust zu zerlegen in den Verlust durch die Schaufelkanten, in den Reibungsverlust an den Schaufelflächen und in den Umlenkungsverlust. Die Versuche ergaben, daß der Umlenkungsverlust am stärksten hervortritt; es zeigt sich dies besonders daran, daß der Geschwindigkeitsverlust bei kleiner Teilung sich nur wenig verändert; sobald die Teilung aber 1,5 r überschreitet, nimmt der Verlust rasch zu.

Der Einfluß des Schaufelwinkels auf den indizierten Wirkungsgrad läßt sich ausdrücken durch

wenn α der Eintrittswinkel und ψ der Verlustkoeffizient entsprechend den Widerständen in den Schaufeln. ηi nimmt nun von 1 bis 0 ab, wenn α von 0 bis 90° zunimmt, andererseits wächst ψ mit α und erreicht bei α = 90° seinen Höchstwert. Es muß also einen Mittelwert von α geben, bei dem ηi am günstigsten ausfällt. Auf Grund der Versuchsergebnisse fand sich, daß der nach obiger Gleichung berechnete indizierte Wirkungsgrad bei 20° Eintrittswinkel der indizierte Wirkungsgrad am günstigsten war bei allen Geschwindigkeiten; bei 30° ging er um 1 v. H., bei 40° um 5 v. H. und bei 50° um 13 v. H. herunter. Im günstigsten Fall könnte man mit den verwendeten Schaufeln einen Wirkungsgrad von 80 v. H. erzielen. Da gewisse Erwägungen dazu führen, daß Radreibungsarbeit und Ventilationsverlust mit dem Eintrittswinkel a zunehmen, so wird der höchste Wirkungsgrad unter Berücksichtigung aller Verluste bei einem größeren α, etwa bei α = 30°, liegen.

Mit dem Krümmungshalbmesser der Schaufel wächst der Geschwindigkeitskoeffizient nach dem Gesetz einer Geraden.

Bei den Versuchen wurde auch der Einfluß der Dampftemperatur untersucht. Die Temperatur wurde bei gleichem Dampfdruck in den Grenzen von 150–400° C verändert; dabei ergab sich eine Abnahme des Reaktionsdruckes des direkt auf die Platte geleiteten Dampfstrahles um 5 v. H., also um 1 v. H. für jede 50°. Die Verluste an Reaktionsdruck rühren wohl nur von der veränderten Dampfdichte her, nicht von der erhöhten Geschwindigkeit. Zunächst ist die den Reaktionsdruck erzeugende Größe (Masse des Dampfes mal Geschwindigkeit) bei verschiedenen Temperaturen unveränderlich, da die Geschwindigkeit mit höherer Temperatur im selben Maße zunimmt als die Dampfdichte abnimmt; aus den früheren Ausflußversuchen ergab sich ferner, daß der Geschwindigkeitskoeffizient φ mit der Geschwindigkeit zunimmt und nicht abnimmt. Der Reaktionsdruck bei zwischengeschalteten Schaufelprofilen war bei allen Temperaturen fast genau der gleiche; es ergab sich so eine Zunahme des Geschwindigkeitskoeffizienten ψ der Schaufelkanäle von 0,73 bis 0,77 innerhalb der benutzten Temperaturgrenzen.

Der Einfluß der Dampfgeschwindigkeit auf den Reaktionsdruck wurde als besonders wichtiger Faktor für den Wirkungsgrad von Dampfturbinen studiert. Es ergab sich für eine Schaufel mit einer Teilung = ¾ r und einer Breite = 25 mm bei einer Geschwindigkeitszunahme von 46 m auf 428 m eine Zunahme des Geschwindigkeitskoeffizienten ψ von 0,64 auf 0,75 entsprechend der Beziehung

wenn w die Geschwindigkeit in den Schaufeln bedeutet. Eine ähnliche Gesetzmäßigkeit befolgten auch die Resultate der Versuche mit anderen Schaufelbreiten und Teilungen; mit wachsender Teilung ist aber der Einfluß der Geschwindigkeit auf ψ bedeutender. Die Resultate sind in Uebereinstimmung mit den von Zeuner aufgestellten Beziehungen zwischen Geschwindigkeitskoeffizient und Geschwindigkeit in Rohrleitungen.

Unter Berücksichtigung der Schaufelbreite b läßt sich für Geschwindigkeiten unterhalb des kritischen Wertes aus den Versuchen annähernd die Beziehung aufstellen:

worin w in m und b in cm zu nehmen ist. Das erhaltene Ergebnis über die Zunahme des Geschwindigkeitskoeffizienten mit wachsender Geschwindigkeit wird neuerdings durch Versuche über die günstigste Stufenzahl von Zoelly-Turbinen bestätigt. Denn man fand, daß sich der indizierte Wirkungsgrad der Turbine von einer bestimmten Stufenzahl ab mit der Vermehrung der Stufenzahl also mit Verkleinerung der Geschwindigkeiten verkleinerte. (Briling.) [Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure 1910, S. 265–270, 352–357, 389–394 und 474 bis 478.]

M.

Neuerungen an Westinghouse-Turbinen.

Zum Einbau in einen älteren Kreuzer hat Westinghouse eine Turbine von 6000 PS vorgeschlagen, welche die Propellerwelle mit Hilfe des Zahnradvorgeleges von Melville-Mc-Alpine antreibt. Das Rädergetriebe zur Verringerung der Turbinengeschwindigkeit (1820 Umdreh. i. d. Min.) auf 200 Umdrehungen der Propellerwelle besteht aus zwei auf einer Trommel sitzenden Zahnrädern von ∾ 1200 mm ⌀ mit breiten schräggestellten Zähnen; das Getriebe besitzt in seiner Lagerung eine gewisse Elastizität, so daß sich der Druck auf die Zähne ausgleichen kann. Die Turbine hat ein Gesamtgewicht von 41000 kg oder 6,8 kg für 1 PS. Durch Aenderung der Schaufelungen könnte die Leistung bei gleichem Gewicht auf 10000 PS gesteigert werden, so daß nur etwa 4 kg Gewicht auf 1 PS kommen.

Die Turbine besitzt im Hochdruckteil ein Aktionsrad mit Geschwindigkeitsstufen, im übrigen eine Parson-Trommel mit Reaktionsschaufeln; die Rückwärtsturbine als Aktionsturbine ausgebildet befindet sich im gleichen Gehäuse. Bei der partiellen Beaufschlagung des Hochdruckteiles wird die Leistungsänderung durch Zu- oder Abschalten von Düsen verschiedener Größe bewirkt. Für die Steuerung der Turbine von der Kommandobrücke aus ist eine elektro-pneumatische Uebertragung zu den Ventilen vorgesehen. Die Turbine kann geöffnet werden, ohne eine einzige Rohrverbindung zu lösen. Die Leitschaufeln auch im unteren Teil des Gehäuses können entfernt werden, ohne daß der Rotor herausgenommen zu werden braucht. Zu diesem Zweck sitzen die Schaufeln auf einzelnen Bronzestreifen, die in Eindrehungen am inneren Umfang des Gehäuses geschoben werden. Diese Art der Schaufelbefestigung hat sich in einem 17 monatlichen Betrieb einer 20000 PS-Turbine vollkommen bewährt. [Engineering 1910, Bd. I, S. 221.]

M.

|448|

Ueber die Zementation von Siliziumstahl.

M. L. Genet hat verglichen, wie sich bei der Zementation Stahl mit 3 v. H. Silizium (I) gegenüber gewöhnlichem weichen Stahl (II) verhält.

Die Zusammensetzung beider Eisensorten war:

Kohlenstoff Silizium Mangan Phosphor Schwefel
I 0,05 3,20 0,19 0,03 0,02 v. H.
II 0,09 0,11 0,27 0,02 Spur „

Zementiert wurde zwischen 950 und 1000° 1. mit vorher kalzinierter Holzkohle, 2. mit nicht kalzinierter Holzkohle, 3. mit gelbem Blutlaugensalz. Bei 1 und 2 waren die Proben in ein Eisenrohr eingeschlossen, das an beiden Enden mit Tonpfropfen verschlossen war; es wurde 12 Stunden lang geglüht. Beim Versuch 3 war die Probe in einer Porzellankapsel eingeschlossen, die ihrerseits in einem verschlossenen Eisenrohr lag; dieser Versuch dauerte 6 Stunden; alle 2 Stunden wurde neues Blutlaugensalz eingeführt.

Zur Prüfung der Zementation wurde eine Oberflächenschicht von 0,5 mm abgenommen und ihr Kohlenstoffgehalt bestimmt. Es wurden gefunden

Kohlenstoffgehalt
Versuch 1 Versuch 2 Versuch 3
Stahl I 0,09 0,17 1,05 v. H.
Stahl II 0,85 1,00 1,43 „

Der Siliziumstahl nimmt also aus der Kohle wenig oder gar keinen Kohlenstoff auf, wohl aber aus dem Blutlaugensalz, das sich bei der Versuchstemperatur zu Cyankalium zersetzt. Deshalb pflegt man auch in der Praxis graues Gußeisen mit solchen Stoffen zu zementieren, die beim Glühen Cyanide geben.

Die beiden zementierten Proben wurden im Rohr langsam erkaltet; sie zeigten bei der metallographischen Untersuchung keine Spur Graphit. Der Siliziumstahl mit 1,05 v. H. Kohlenstoff kann eine Viertelstunde lang auf 800° erhitzt werden, ohne daß sich Graphit ausscheidet. Durch Abschrecken bei dieser Temperatur wird er so hart, daß er Glas ritzt, ebenso wie gewöhnlicher Stahl von gleichem Kohlenstoffgehalt. [Comptes Rendus 1910, S. 921–22.]

A.

Neue Elemente des Betoneisenbaues.

Bei der Gründung des Kühlhauses auf dem Schlachthof in Tilsit sind Blechrohrbetonpfähle von Janssen verwendet. Sie bestehen aus einem Blechrohr mit daran befestigter Eisenbetonspitze (Fig. 1), das mittels eines hölzernen Rammkernes in den Boden eingerammt und dann nach dem Entfernen des Kernes mit Beton ausgestampft wird. Das untere Ende des Rohres ist mit der Spitze autogen verschweißt und ebenso die einzelnen Stöße des Rohres untereinander. Hierdurch entsteht eine wasserdichte Form, die eine zuverlässige Herstellung des Betons ermöglicht. Bei hinreichend starker Ausbildung der Spitze bieten einzelne Hindernisse im Boden keine Schwierigkeiten beim Rammen, zumal der Kern mit einem Zapfen in die Spitze eingelassen und so zentrisch geführt ist. Der Rammstoß wird vollständig von der Spitze aufgenommen; das Blechrohr hat daher beim Rammen nur der Reibung genügenden Widerstand zu leisten. Hierzu genügt im allgemeinen eine geringe Wandstärke. Bei großer Reibung werden die Lotnähte durch Auschweißen besonderer Laschen verstärkt.

Textabbildung Bd. 325, S. 448
Textabbildung Bd. 325, S. 448

Um die Trageisen im Beton beim Stampfen in der durch Rechnung bestimmten Lage zu halten, werden sie in der Regel mit Bindedraht an Längseisen festgelegt. Diese Befestigungsweise bietet keine große Sicherheit. Die Lolat-Eisenbeton-Gesellschaft empfahl daher sogen. Zackenbleche (Fig. 2) für eine obere und untere Eiseneinlage. Mit ihrer Verwendung sind jedoch die Nachteile verbunden, daß sie beträchtliche Unterbrechungen des Betonquerschnittes im Gefolge haben und die Aufstellung mit der schmalen Fläche auf die Schalung unhandlich ist. Frei von diesen Mängeln sollen die Abstandhalter von Taxis sein. Sie bestehen aus einem Flacheisen von 16 mm Breite und 1 mm Dicke, aus dem in den beabsichtigten Abständen der Eiseneinlagen gegeneinander versetzte Lappen herausgestanzt sind, die um die Eiseneinlagen herumgebogen werden. Unter ihnen werden die Flacheisen um 10–20 mm nach unten abgebogen. Mit diesen Abbiegungen stehen sie auf der Schalung und sichern so zugleich den gewollten Abstand der Eiseneinlagen von der Oberfläche des Betons. [Beton und Eisen 1910, S. 166 und 168.]

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