Titel: Polytechnische Rundschau.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1911, Band 326 (S. 174–176)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj326/ar326049

Polytechnische Rundschau.

Amerikanische Schiffsturbinen mit Rädervorgelege.

Das Melville- und Macalpine-Vorgelege für Dampfturbinen soll bereits für den Kreuzer „Baltimore“ bei einer dort einzubauenden Westinghouse-Turbine zur Anwendung kommen, ferner bei einem bestellten Kohlendampfer. Das Gewicht einer Schiffsturbine von 6000 PS mit diesem Rädervorgelege beträgt etwa 40000 kg, also etwa 7 kg für 1 PS. Die Turbinen selbst zeigen im allgemeinen die bewährte Anordnung mit Hoch- und Niederdruckturbinen für Vorwärts- und Rückwärtsgang in einem Gehäuse. Die Tourenzahl ist verhältnismäßig hoch, und damit auch die Dampfausnutzung. Die Zahl der Schaufelreihen konnte mit Rücksicht auf die hohe Tourenzahl verringert werden; zur weiteren Verringerung besitzt die Hochdruckstufe ein Curtisrad auch bei der Rückwärtsturbine, die eine sehr hohe Leistung aufweist. Die Curtisräder haben zwei konzentrische Schaufelkränze mit ungleich langen Schaufeln, ferner verschiedene, einzeln abschaltbare Düsen. Auf diese Weise ist jede Abstufung der Leistung ohne Dampfdrosselung möglich. Alle Rohranschlüsse befinden sich am unteren Teil des Gehäuses, so daß sich der Deckel der oberen Turbine leicht öffnen läßt, ohne daß eine Rohrverbindung gelöst zu werden braucht; für die Verhältnisse an Bord ist dies besonders wertvoll.

Die Leitschaufeln werden von der American Westinghouse Company auf biegsame Bronzestreifen aufgesetzt anstatt in die Nuten des Gehäuses, und können so herausgenommen werden, ohne daß das Schaufelrad entfernt zu werden braucht. Es hat sich gezeigt, daß die Schaufelspitzen mit den Einsatzstreifen und dem Laufrad sich ohne Nachteil berühren können, und daß sich im Betriebe durch die Abnutzung der erforderliche geringste Spielraum von selbst einstellt. Seit April 1908 ist eine Turbine von 20000 PS-Leistung mit dieser Schaufeleinrichtung in Betrieb, die nach einem Jahre noch in durchaus gutem Zustande sich erwies.

Die Steuerung der Turbine ist nach einem elektropneumatischen System eingerichtet, welches eine Betätigung der Steuerung direkt von der Kommandobrücke oder von irgend einem Teile des Schiffes aus gestaltet; die Einrichtung ist so getroffen, daß in dem Augenblick, in welchem die gewünschte Wirkung im Maschinenraum eingetreten ist, die Tatsache der Vollendung dem Manöverierenden zurückgemeldet wird. Hierzu dienen elektromagnetisch betätigte Ventile und Schieber.

Bei der für den Kreuzer „Baltimore“ vorgeschlagenen Anordnung eines Melville-Getriebes beträgt die Umdrehungszahl der Propeller 200, die der Turbinen 1820 bei 10000 PS größter Leistung. Das Vorgelegeritzel ist mit 275 mm , der Durchmesser des großen Rades mit 2540 mm angenommen. Das Getriebe wird immer in doppelter Anordnung ausgeführt; die Zähne sind entgegengesetzt schräg geschnitten, so daß sich der Achsialschub aufhebt. Die doppelte Anordnung ist auch deshalb nötig, weil ein einziges Rad für die großen zu übertragenden Kräfte zu breit werden würde. Das Ritzel ist in einem biegsamen Rahmen gelagert, so daß Bewegungen des Lagers in der Vertikalebene durch die Mittellinie des Ritzels möglich sind. Außerdem ist das Ritzel achsial beweglich; sobald die eine Ritzelseite mehr Kraft übertragen sollte als die andere, so weicht das eine Ritzel dem größeren Achsialschub aus und stellt alsdann das Gleichgewicht in den Kräften wieder her. Mit Hilfe dieser Nachgiebigkeit wird jede unzulässig hohe Beanspruchung der Zähne vermieden, auch bei gewissen unvermeidlichen Ungenauigkeiten in der Ausführung der Zähne. Dieser elastischen Lagerung ist zum großen Teil auch der hohe Wirkungsgrad des Getriebes zuzuschreiben, der bei einem Versuch 98,5 v. H. betrug.

Der Vorteil des Melville-Macalpine-Getriebes geht besonders aus folgenden Zahlen hervor: Die Propeller der großen Dampfer „Mauretania“ und „Lusitania“ arbeiten bei 70000 PSi mit einem Wirkungsgrad von 55 v. H. Es ist aber sehr gut möglich, langsam laufende Propeller mit wenigstens 65 v. H. Wirkungsgrad zu bauen, also 1/7 der Kesselleistung zu ersparen. Berücksichtigt man, daß nicht bloß der Wirkungsgrad der Propeller, sondern auch derjenige der Turbinen verbessert werden kann, so ließe sich der Kohlenverbrauch um etwa ⅓ verringern. Der Kohlenverbrauch der Schiffe beträgt rund 4700 t für eine Reise; bei einem Kohlenpreis von 13,25 M für die Tonne beträgt die Ersparnis an Kohlen über 20000 M für eine Reise; außerdem wird die Ladefähigkeit des Schiffes um etwa 1600 t erhöht. (Fr. Bock.) [Zeitschrift f. d. ges. Turbinenwesen 1910, S. 536–39 und 548–550.]

M.

Elektrische Treidelanlage.

In der gewaltigen Wehranlage, die die Freie Hansastadt Bremen an der Ostgrenze ihres Gebietes zur Stauung der Wassermassen der Weser errichtet hat, sind zwei nebeneinanderliegende Schleusen vorgesehen, und zwar eine kleinere von 70 m und eine große von 350 m Länge. Zur Beschleunigung des Schleusenverkehrs lag es nahe, eine elektrische Treidelei vorzusehen, wobei die Lokomotiven auf der 6½ m breiten Mauer zwischen den beiden Schleusen fahren konnten. Der Verwendung gewöhnlicher Lokomotiven, die auf Gleispaaren am Mauerrande hätten laufen müssen, standen Bedenken entgegen: einmal wäre eine bedeutende Verstärkung der Mauerdecke nötig gewesen, zweitens war das Profil durch die Steuerorgane der Schleusentore beengt, und drittens wäre der Verkehr auf der Mauer durch die vielen Schienen gefährdet worden.

Die Lokomotive erhielt daher die Gestalt eines Portales, welches so hoch gehalten wurde, daß Steuerorgane, Steuerhäuschen, Lichtmasten usw. beim Fahren frei überschritten werden konnten. Die Seitenwangen wurden nur 700 mm breit bemessen, und der zum Antriebe dienende Drehstrommotor wurde in der Höhe der Querverbindungen angeordne. Die beiden miteinander gekuppelten Laufräder jeder Seite waren ferner mit dem Motor unter Zwischenschaltung zweier Doppelpaare von konischen Zahnrädern und einem doppelten Vorgelege gekuppelt. Zur Steuerung sind Umkehranlasser auf beiden Seiten der Lokomotive auf Führerständen angebracht. Von diesen aus können durch besondere Kontroller die Zugseilwinden bedient werden, die die aus den Seitenauslegern herauslaufenden Zugseile von mehr als 100 m Länge bedienen.

Zur Speisung der Motoren dient Drehstrom, der von den städtischen Elektrizitätswerken mit 7000 Volt Spannung zugeführt und in einem besonderen Transformatorenhaus auf 220 Volt herabtransformiert wird. Die Stromzuführung zur Lokomotive erfolgt durch drei blanke Leitungen, auf denen an der Lokomotive sitzende Stromabnehmer schleifen. Diese Leitungen sind auf Masten mit doppelarmigen Auslegern isoliert gelagert, welche in der Mitte der Schleusenmauern stehen und gleichzeitig an den Auslegerenden die zur Beleuchtung dienenden 50 kerzigen Metallfadenlampen tragen. [Deutsche Straßen- und Kleinbahnzeitung 1910, S. 169–170.] (Tuch.) [Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure 1910, S. 1823–1826.]

Pr.

|175|

Ausbeute des Betons.

Auf der Grundlage, daß in aus Steinstoffen, Sand und Zement bestehendem Beton der eine Stoff die Hohlräume des andern ausfüllt, leitet Marcichowski die Ergiebigkeitsformel ab:

V = K (1 – k + k') (1 – k') + P(1 – p + p') (1 – p')

+ C (1 – c + c')(1 – c') + W . . . . 1)

Hierbei ist:

V die Menge des fertiggestampften Betons, K die des losen Gesteines, P die des Sandes, C die des Zementes und W die des Wassers in Litern. Ferner sind die Hohlräume im losen Gestein k, im gestampften Stein k', im losen Sand p, im gestampften Sand p', im losen Zement c, im gestampften Zement c' v. H.

Aus Versuchen ergibt sich folgende Zusammenstellung:

Schotter Kies Sand Zement
fest-
gestampft

k' = 30

k' = 38

p' = 42

c' = 38
für
Stampfbeton
schwach-
gestampft

k' = 47

k' = 44

p' = 45

c' = 45
für Eisenbeton
u. Schüttbeton
unter Wasser
lose k = 48 k = 46 p = 46 c = 55
v. H.

Nach Formel 1 erhält man für einen Beton aus 3 l Kies, 2 l Sand, 1 l Zement und 0,32 l Wasser 3,66 l festgestampften Beton.

Das erforderliche Wasser ergibt sich aus der Bedingung, daß das Wasser die Hohlräume des Zementes aus- I füllen soll, zu:

W = Cc' (1 – c + c') . . . . 2)

Diese Gleichung liefert z.B. für den eben erwähnten Beton 0,32 l Wasser.

Der erforderliche Sand bestimmt sich aus der Bedingung, daß er die Hohlräume der Steinmasse ausfüllen soll, zu:

. . . . . 3)

Der Inhalt einer losen Mischung von losem Sand und Steinen in beliebigem Verhältnis beträgt:

K (1 – k) + P . . . . . . 4)

Mit Hilfe der angeführten Gleichungen kann man die Mengen an Kies (K), Sand (P), Zement (C) und Wasser (W) berechnen, die in 1 cbm festgestampftem Beton bei bestimmten Mischungsverhältnissen vorhanden sein müssen, aus den Gleichungen:

Für das oben berechnete Beispiel erhält man die für 1000 l festgestampften Beton erforderlichen Stoffmengen zu:

820 l Kies, 547 l Sand, 273 l oder 382 kg Zement

und 88 l Wasser

Für die verschiedensten Mischungsverhältnisse, und zwar für Stampfbeton und Eisenbeton getrennt, hat der Verfasser eine Zusammenstellung der erforderlichen Stoffmengen für den cbm festen Beton berechnet. (Marcichowski) [Beton u. Eisen 1910, S. 397 ff.]

Weiske.

Berechnung der Drucksteigerung in Wasserleitungen.

Auf die Berechnung des größten Druckes, welcher in einer Wasserleitung bei plötzlichem Absperren der Turbinenschützen auftreten kann, läßt sich sehr gut das gleiche Verfahren anwenden, welches sich bei der Bestimmung der Spannungssteigerungen von elektrischen Fernleitungen bereits bewährt hat. Ist nämlich L die Selbstinduktion der elektrischen Leitung, J die Stromstärke, C die Kapazität und V die Spannungszunahme bei einer Stromschwankung von der Größe J, so ist in der Leitung eine magnetische Energie aufgespeichert, welche beim Unterbrechen des Stromes in statische Energie umgewandelt wird und durch Aufladen der Leitung als Kondensator eine Spannungserhöhung V hervorruft. Da hierfür bei einer Leitung von der Kapazität C eine Energie verbraucht wird, so muß die Beziehung gelten:

LJ 2 = CV 2

oder

.

Die Spannungszunahme ist also von der Länge der Leitung unabhängig. Das erscheint verständlich, wenn man berücksichtigt, daß mit wachsender Länge der Leitung nicht nur die Größe der bei plötzlicher Stromunterbrechung freiwerdenden magnetischen Energie, sondern auch die gewissermaßen als Widerstand anzusehende Kapazität der Leitung gleichmäßig zunehmen. Ein ganz ähnliches Ergebnis liefert diese Betrachtung, wenn sie auf eine Druckleitung von der Länge L in m, vom Durchmesser D in m und von einer Wandstärke t in m angewendet wird.

Die in der Leitung aufgespeicherte Energie (entsprechend der magnetischen Energie einer elektrischen Fernleitung) ist , wenn v in m in der Sekunde die Wassergeschwindigkeit darstellt. Hierin ist für

zu setzen.

Wird die Leitung plötzlich abgeschlossen, so wird dieses ganze Arbeitsvermögen des fließenden Wassers in Formänderungsarbeit an der Leitung verbraucht, wenn man von der außerordentlich geringen Zusammendrückbarkeit des Wassers absieht. Angenommen, die Leitung wäre mit gleichem Gefälle angelegt, dann ist die einer gleichförmigen Beanspruchung des Rohrmaterials entsprechende Wanddicke in der Mitte , und eine einfache Ueberlegung läßt erkennen, daß die Verlängerung der Leitung infolge der Drucksteigerung in der Mitte ebenso groß sein wird wie an dem Ende, weil dem größeren Arbeitsvermögen des Wassers an dem Ende ein größerer Aufwand an Formänderungsarbeit gegenübersteht. Die Arbeit, welche erforderlich ist, um ein 1 m langes Leitungsstück vom Umfange πD und von der Dicke um ein Stück e in m zu verlängern, ist aber

in kgm,

wenn S die Zunahme der Beanspruchung des Rohrmaterials darstellt.

Für eingesetzt (E = 2000000 = Elastizitätsziffer des Rohrmateriales) ergibt für die gesamte Formänderungsarbeit der Leitung von der Länge L den Wert

in kgm.

|176|

Diese Arbeit muß von der beim Abschluß der Leitung freiwerdenden Energie geleistet werden:

oder

.

Für eine gegebene Leitung trifft also das für elektrische Leitungen geltende Gesetz ebenfalls zu, daß die Spannungszunahme von der Länge unabhängig ist. Die Zunahme des Wasserdruckes p in der Leitung, welche der Spannungszunahme S im Rohrmaterial entspricht, kann man ausdrücken, wenn man aus der für die allgemeine Beanspruchung einer Rohrleitung geltende Gleichung

pD = 2 S • t;

zu Hilfe nimmt. Es ergibt sich dann die Zunahme des Wasserdruckes p beim plötzlichen Abschluß der Rohrleitung aus

in kg/qcm.

(Baum.) [Electrical World 1910, II S. 1359 bis 1361.]

H.

Neue Wasserturbinen von großer Leistung.

Die 18000 pferdigen Francis-Turbinen des Kraftwerkes der Great Western Power Company, welche bisher die größten Wasserturbinen der Welt waren, aber noch nicht ihre volle Leistung liefern, weil das Gefälle noch nicht genügend ausgebaut ist, sollen durch Turbinen von je 20400 PS binnen kurzem übertroffen werden. Die Pacific Coast Power Company errichtet nämlich an der Pazifischen Küste der Vereinigten Staaten von Amerika ein neues großes Wasserkraft-Elektrizitätswerk, welches etwa 32 km östlich von Tacoma die Wasserkraft des White River, so genannt wegen der milchigen Farbe seines hauptsächlich von Gletschern kommenden Wassers, ausnutzen soll. Das angestaute Wasser wird durch einen 8 km langen Oberwasserkanal einem großen, aus mehreren Seen gebildeten Staubecken zugeführt, dessen Inhalt allein ausreicht, um das Werk drei bis vier Monate lang ohne weitere Wasserzuflüsse zu betreiben. Zu diesem Zweck sind die Ufer der Seen an geeigneten Stellen durch Dämme erhöht. Die Länge des ganzen Staubeckens beträgt 6,4 km. Das Wasser fließt von hier durch einen, später gegebenenfalls durch zwei 900 m lange Stollen zum Wasserschloß, von wo gesonderte Druckleitungen zu jeder Turbine geführt sind. Diese Leitungen haben je 610 m Länge und sind oben 2440 mm und unten 1830 mm weit. Das 117 mm lange und 22 m breite Maschinenhaus ist für den Einbau von 6 Hauptmaschinen bemessen, von denen zwei vor kurzem der Allis Chalmers-Company in Auftrag gegeben worden sind. Diese Turbinen sollen unter einem Gefälle von 146,3 m Höhe und bei 360 Umdr. i. d. Min. je 20400 PS leisten und mit 6000 Volt-Drehstromdynamos unmittelbar gekuppelt werden. Die Turbinen werden ähnlich wie die 18000 pferdigen des Kraftwerkes der Great Western Power Company als wagerechte Hochdruck-Francis-Turbinen mit Spiralgehäusen und doppelten Laufkränzen ausgeführt und erhalten symmetrische Ablaufkrümmer sowie gesonderte Drosselklappen in den kegeligen Zulaufrohren. Die Wellen werden 610 mm dick, die Drosselklappen erhalten 2134 mm , und alle Teile müssen auf 28 at in den Werkstätten geprüft werden. Hinsichtlich der Regulatoren dürften die Erfahrungen, die man mit den im Bau begriffenen 18000 PS-Turbinen machen wird, verwertet werden. [The Iron Trade Review 1910 II, S. 1166 bis 1167.]

H.

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