Titel: Polytechnische Rundschau.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1911, Band 326 (S. 269–272)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj326/ar326079

Polytechnische Rundschau.

Untersuchung einer 200 KW A. E. G.-Turbine.

Die Versuche wurden mit veränderter Leistung, Ueberhitzung und Abdampfspannung, ferner mit und ohne Düsenregulierung vorgenommen. Die untersuchte Turbine ist eine zweistufige Curtis-Turbine der A. E. G. mit je zwei Geschwindigkeitsstufen. Die Hochdruckstufe wird normal von sechs Düsen beaufschlagt, zwei und drei Düsen können im Bedarfsfalle zugeschaltet werden. Die Turbine ist- mit einer Gleichstromdynamo gekuppelt und arbeitet normal mit 3000 Touren; bei den Versuchen lief die Maschine aber nur mit 2800 Umdr., auch wurden die Versuche nicht bei voller Leistung ausgeführt. Die Kondensatmessung erfolgte durch Messung der Stauhöhe bei Ausfluß aus geeichten Oeffnungen. Der wahrscheinliche Fehler wurde zu etwa ⅓ v. H. bestimmt. Zur Messung des Dampfzustandes an den verschiedenen Stellen der Turbine wurden genaue Temperatur- und Druckbeobachtungen gemacht; die Umdrehungszahl der Turbine wurde bei allen Versuchen konstant gehalten. Die elektrischen Verluste wurden durch genaue Widerstandsmessungen im kalten und warmen Zustand der Dynamo vorgenommen, die Reibungsverluste des Aggregats wurden durch Messung des Energieverbrauchs gewonnen, wobei die Dynamo als Motor geschaltet war. Getrennt davon wurde die Bürstenreibung durch Auslaufversuche ermittelt. Bei den Versuchen mit der als Motor laufenden Dynamo wurde das Turbineninnere durch die Stopfbuchsen unter Dampf gehalten; die Düsen waren abgesperrt. Die Versuche ergaben eine Leerlaufarbeit von 19,16 KW; die Bürstenreibung betrug nach den Auslaufversuchen 1,16 KW. Die Ermittlung des Trägheitsmomentes aller rotierenden Teile ergab 8,82 kg/qm, des Dynamoankers 2,50 kg/qm und der Turbinenräder 6,32 kg/qm. Bei einer Parsons-Trommel einer Turbine von annähernd gleicher Leistung betrug das Trägheitsmoment nur 0,72 kg/qm, das des Dynamoankers aber 5,10 kg/qm.

Die Verluste in der Dynamomaschine, die Kupfer-, Eisen- und Erregerverluste wurden einzeln bestimmt; der Wirkungsgrad der Dynamomaschine ergab sich daraus zu 89 v. H. Ebenso wurden die Lagerreibung und die Radreibungsarbeit bestimmt. Für letztere ließ sich der Arbeitsverbrauch durch die Formel ausdrücken Nr = 11,3 . 10 – 9 . n2,76 . γ in PS, worin y das spez. Gewicht des Dampfes bedeutet. Als Radreibungsarbeit wurde nach der Stodolaschen Formel für das Hochdruckrad 8,6 PS und für das Niederdruckrad 11,5 PS gefunden; die Gesamtreibungsarbeit von 20,1 PS = 14,8 KW stimmte gut mit dem gemessenen Betrag von 15,26 KW überein.

Die Verluste durch ausgestrahlte Wärme wurden dadurch |270| durch bestimmt, daß bei festgebremstem Rotor eine kleine Dampfmenge in die Turbine eingelassen und die Abnahme der Dampfwärme an verschiedenen Stellen gemessen wurde, nachdem Beharrungszustand eingetreten war. Zur Bestimmung der Temperaturdifferenz zwischen Dampf und Außenluft wurde die mittlere Temperatur des ein- und austretenden Dampfes in jeder Stufe zu Grunde gelegt. Es ergab sich in der Hochdruckstufe eine in der Stunde bei 1° Temperaturdifferenz ausgestrahlte Wärmemenge von 49,6 Wärmeeinheiten, für die Niederdruckstufe 26,4 Wärmeeinheiten, im ganzen 68,3 Wärmeeinheiten. Mit diesen Werten wurden die Strahlungsverluste bei der belasteten Turbine für die dort gemessenen Dampf- und Lufttemperaturen ermittelt. Im großen und ganzen wird auch unter den wirklichen Betriebsverhältnissen der ermittelte Strahlungsverlust auftreten, da die Dampfströmung nur von untergeordnetem Einfluß auf die Strahlung des Gehäuses ist. In Arbeitseinheiten ausgedrückt beträgt der Strahlungsverlust der untersuchten Turbine 14,5 PS, d.h. etwas weniger als 5 v. H. der Normalleistung. Doch ist nicht der volle Betrag als Verlust anzusehen, weil nur so viel von der durch Strahlung verlorengehenden Wärme in Arbeit umgesetzt werden könnte als dem thermischen Wirkungsgrad entspricht.

Die Dampfmenge, welche zur Sperrung der Labyrinthdichtungen beim Austritt der Welle aus dem Gehäuse zugeführt wurde, wurde mit Hilfe einer Düse gemessen; das zugehörige Regulierventil wurde so eingestellt, daß kein Dampf nach außen trat. Der Druckabfall vor und hinter der Düse wurde durch ein Differentialmanometer, der Ueberdruck vor der Düse durch ein gewöhnliches Quecksilbermanometer gemessen; auch die Dampftemperatur vor der Düse wurde bestimmt. Auf diese Weise konnte die Sperrdampfmenge ziemlich genau bestimmt werden; doch ist sie im allgemeinen so gering gegenüber der arbeitenden Dampfmenge, daß ein bei ihrer Bestimmung gemachter Fehler nicht in Betracht kommt.

Zur Bestimmung des Dampfverbrauchs der Turbine unter den verschiedenen Betriebsverhältnissen wurden vier Versuchsreihen zu je vier Versuchen vorgenommen. Als Belastungsstufen wurden gewählt: Vollast zwei Drittel, ein Drittel der Normallast und Leerlauf. Die Dampftemperaturen wurden von 190° (gesättigt) auf 230°, 320° und 370°C gesteigert. Diese beiden Versuchsreihen wurden bei gleichem Vakuum von annähernd 90 v. H. vorgenommen. Eine weitere Versuchsreihe wurde vorgenommen mit veränderlichem Gegendruck und zwar von 0,13–1,01 kg/qcm. Schließlich wurde auch noch der Einfluß der Düsen- und Drosselregulierung durch eine Versuchsreihe festgestellt. Da die elektrischen und mechanischen Verluste genau bestimmt worden waren, so konnte die Leistung an der Turbinenwelle und damit die Umsetzung der Dampfenergie in der Turbine ermittelt werden. Der Gesamtdampfverbrauch einschließlich des Stopfbuchsensperrdampfes (bei der hinteren Stopfbuchse etwa 50 kg i. d. Stunde) betrug für die PS-Stunde an der Welle bei 90 v. H. Vakuum und gesättigtem Dampf (12,5 at abs. und 190°C) 7,35, 7,85, 9,85, 16,3 für Vollast, zwei Drittel, ein Drittel Last und Leerlauf; die entsprechenden Zahlen bei 230° Ueberhitzung waren: 6,75, 7,33, 9,13, 15,7 und bei 320° Ueberhitzung 6,16, 6,54, 8,02, 15,17 und bei 370° Ueberhitzung 5,49, 6,11, 7,24, 12,07 kg. Bei Veränderung des Vakuums von 0,13 kg auf 0,20 und 0,366 und 1,01 veränderte sich der Dampfverbrauch von 7,06 auf 7,81 bezw. 9,78 bezw. 12,94 kg bei 230° Dampftemperatur und 12,5 at abs. Dampfspannung vor der Turbine. Bei gleicher Leistung und gleichem Dampfzustand vor und hinter der Turbine nahm der Dampf verbrauch von 6,94 auf 7,19 und 7,36 kg zu, wenn mit sechs bezw. acht bezw. neun Düsen gearbeitet wurde; dabei betrug der Druck vor der ersten Stufe 11,20 bezw. 8,75 bezw. 8,01 kg/qcm abs.

Die Messung der Dampfzustände an verschiedenen Stellen der Turbine, an welchen der Dampf nachweislich überhitzt war, ließ eine weitere Berechnung der Strahlungsverluste als Unterschied der verschwundenen Wärme und der geleisteten Arbeit zu. Im Vergleich zu den früheren Strahlungsversuchen ergab sich eine Abweichung von ungefähr 3 v. H., ein immerhin befriedigendes Resultat in Anbetracht der Schwierigkeit, mit welcher die Bestimmung der Dampfzustände verknüpft ist. Eine zuverlässigere Bestimmung derselben ermöglichte die Anwendung eines Thermoelementes an einer Stelle. Es zeigte sich, daß da, wo stagnierender Dampf vorhanden ist, die Dampftemperaturen einer Stufe erheblich niedriger angezeigt werden als im strömenden Dampf.

Die Versuche mit überhitztem Dampf und deren weitere Bearbeitung ergaben, daß der Einfluß der Ueberhitzung auf die Oekonomie für die verschiedenen Temperaturgrade ziemlich verschieden ist. In der Nähe der Sättigungstemperatur entspricht. einer Ueberhitzung von etwa 40° eine Verbesserung im Dampf verbrauch von etwa 1 v. H., während bei Dampf von 380° schon eine weitere Ueberhitzung um nur 8° genügt, um dasselbe Resultat zu erzielen. Im Gegensatz dazu zeigt die Kolbendampfmaschine gerade in der Nähe des Sättigungszustandes die stärkste Verbesserung ihrer Oekonomie durch die Ueberhitzung. Bei der Turbine werden die Düsen- und Schaufelverluste mit zunehmender Temperatur geringer; eine mäßige Ueberhitzung bringt jedoch noch keinen Vorteil, eher den Nachteil der höheren Anlagekosten für den Ueberhitzer.

Die Versuche mit verändertem Gegendruck konnten nur bis zu einem Vakuum von 90 v. H. ausgedehnt werden; es ergab sich der doppelte Dampfverbrauch bei Auspuff gegenüber dem Verbrauch bei 90 v. H. Vakuum bezw. bei gleichem Dampfverbrauch die doppelte Leistung. Die weitere Verfolgung der Resultate ergab eine Verbesserung des Dampfverbrauchs von 1,66 v. H. bei einer Erhöhung des Vakuums um 1 v. H. in der Nähe von 90 v. H. Vakuum.

Für den Versuch mit 320° Ueberhitzung wurde eine Gesamtbilanz der Verluste und der in Arbeit eingesetzten Wärme aufgestellt. Daraus ergab sich, daß die elektrischen Verluste, die Strahlungs- und Ventilationsverluste unbedeutend sind gegenüber den Verlusten in den Düsen und Schaufeln. Die Verluste durch Lagerreibung und durch die Abdichtung der Welle, ferner durch die Drosselregulierung treten etwas mehr hervor; eine Verringerung dieser Verluste würde sich immerhin lohnen, durch Verminderung der Düsen- und Schaufelverluste könnte aber der Wirkungsgrad der Turbinen noch am wirksamsten j verbessert werden.

Bei der Regulierung durch Abschaltung von Düsen ergab sich ein Minimum des Dampfverbrauchs bei etwa 200 KW-Leistung, danach wieder ein Ansteigen desselben. Das hat darin seinen Grund, daß in dem letzteren Bereich die Niederdruckstufe schon über das Maximum ihres Gütegrades hinaus ist, so daß bei weiterer Leistungssteigerung der günstigste Einfluß der Düsenregulierung durch den abnehmenden Wirkungsgrad der Niederdruckstufe beeinträchtigt wird. Man könnte diesem Uebelstand nur dadurch begegnen, daß auch die Niederdruckstufe mit einer unter dem Einfluß des Regulators stehenden Düsenregulierung versehen ist. Das führt aber in den meisten Fällen zu einer zu umständlichen Konstruktion, weshalb darauf verzichtet wird. (Mitteilungen aus dem Maschinenlaboratorium der techn. Hochschule Charlottenburg.) [Zeitschrift |271| f. d. gesamte Turbinenwesen 1910, S. 481–484, 499–503, 533–536; 1911, S. 23–27, 36–39, 71–74.]

M.

Selbsthätige Temperaturregulierung.

Um die Temperatur in einem Raume konstant zu halten, sind verschiedene Anordnungen, je nach der Art der Heizung, in Gebrauch. Bei Kohlenheizung wird der Zug im Schornstein, bei Gasheizung die Zufuhr des Heizgases durch Ventile geregelt, die von dem zu kontrollierenden Raume aus gesteuert werden. Die Steuerung erfolgt selbsttätig, indem die mit den Temperaturschwankungen verbundene Ausdehnung oder Zusammenziehung eines in ein dünnwandiges Gefäß eingeschlossenen Gases oder einer Flüssigkeit zur Betätigung leicht beweglicher Hebelwerke benutzt wird. Zuverlässig und an die verschiedensten Heizanlagen anzupassen sind elektrisch betriebene Reguliervorrichtungen. Einen sehr einfachen Apparat für diesen Zweck hat Albert A. Somerville angegeben. Ein System kommunizierender Röhren (Fig. 1) ist derart mit Quecksilber gefüllt, daß in dem Ballon b ein Luftvolumen abgeschlossen bleibt. In die Röhren r tauchen die Zuführungsdrähte zu einem elektrischen Stromkreise. Dehnt sich infolge Erhitzung über die normale Temperatur die Luft in dem Ballon aus, so drückt sie das Quecksilber hinab, bis es sich an der Wurzel der Gabel bei c (Fig. 2) teilt. Hierdurch wird der elektrische Stromkreis unterbrochen. Funkenbildung und Verschmutzung wird an der Unterbrechungsstelle durch eine Oelschicht vermieden, welche die Oberfläche des Quecksilbers bedeckt. Der Apparat kann so groß gebaut werden, daß er Strom von einigen Amperen zu führen vermag. Er kann daher bei elektrischen Heizanlagen unmittelbar in den Heizstromkreis eingeschaltet werden. Auch zur Regulierung anderer Heizanlagen ist er verwendbar, indem die Unterbrechung und Schließung des Kontaktes zur Bewegung eines Relaishebels benutzt wird und mit dessen Hilfe Motore angelassen oder ausgeschaltet oder in ihrer Laufrichtung umgekehrt werden. Für diese Zwecke kann der Apparat leicht gebaut werden.

Textabbildung Bd. 326, S. 271
Textabbildung Bd. 326, S. 271

Ein Mangel des Apparates ist der, daß er nur auf Ueberhitzung anspricht, jedoch keine Regulierung veranlaßt, wenn die Temperatur sinkt, sei es infolge von äußeren Einflüssen oder von Unregelmäßigkeiten in der Heizanlage selbst. Dem kann durch Anbringung des Kontaktes d (Fig. 3) abgeholfen werden. Dieser wird bei der Abkühlung der Luft im Ballon b von der Quecksilbersäule erreicht. Er kann bei elektrischen Heizanlagen, z.B. nach dem Schema in Fig. 3, dazu benutzt werden, daß er den im Heizkörper H fließenden Heizstrom durch die Ueberbrückung des Widerstandes R verstärkt. Werden mehrere Kontakte d übereinander angeordnet, so kann die Ueberbrückung des Widerstandes R stufenweise erfolgen. Oder es lassen sich die Kontakte d dazu verwenden, der Reihe nach weitere Heizkörper einzuschalten, wenn z.B. statt des Widerstandes R weitere Heizkörper H1 durch die gestrichelt gezeichneten Verbindungen angeschlossen werden. Für andere Heizanlagen (Kohlen-, Gas-, Dampf-, Wasserheizung u.a.) kann der Apparat z.B. nach Fig. 4 verwendet werden. Wird infolge von Ueberhitzung der Kontakt zwischen den Quecksilberschenkeln bei s unterbrochen, so wird das Relais r stromlos, sein Anker geht nach unten und schaltet den Motor m1 ein, der zur Steuerung von Ventilen zur Verminderung der Wärmezufuhr dient. Steigt dann das Quecksilber wieder, so wird zunächst bei der Schließung des Kontaktes s durch das Relais r der Motor m1 ausgeschaltet. Geht die Abkühlung so weit, daß auch der Kontakt d vom Quecksilber erreicht wird, so wird der Motor m2 angelassen, der im entgegengesetzten Sinne wie m1 wirkt. Im Bedarfsfalle kann mit jedem Motor zugleich oder, nachdem der Motor eine bestimmte Zeit lang gearbeitet hat, ein Alarmwecker in Tätigkeit gesetzt werden. Da die Motore nur klein zu sein brauchen oder durch Relais ersetzt werden können, welche den Anschluß größerer Motore vermitteln, so braucht der Apparat nur mit Strömen von einigen Milliamperen belastet zu werden und kann recht leicht und empfindlich gebaut werden. [El. World 1911, Nr. 2]

Adt.

Ein einfaches drahtloses Telephon.

Textabbildung Bd. 326, S. 271
Textabbildung Bd. 326, S. 271

Als Kraftquelle dient eine von einer Dampfturbine betriebene Hochfrequenzmaschine, die Wechselstrom von 70600 Perioden erzeugt, dem eine Wellenlänge von 4250 m entspricht. Ein Pol der Maschine D (Fig. 1) ist mit der Erde verbunden. An dem anderen liegen ein Mikrophon C, das für Belastung mit 4–5 Amp. Strom gebaut ist, die Induktionsspule B und die Antenne A. Die Spule B hat nur sehr geringen Widerstand; sie ist zur Abstimmung der Antenne bestimmt. Auf der Empfangsstation werden die Wellen von der Antenne F empfangen und über die Abstimmspule G dem eigentlichen Empfangsapparat fi zugeführt, dessen zweiter Pol mit der Erde verbunden ist. Der Empfangsapparat besteht im wesentlichen aus einer eisenfreien Spule H (Fig. 2), der gegenüber eine Membrane aus Micanit befestigt ist, welche einen dünnen Ring r aus Blattkupfer oder Blattsilber trägt. Die Membrane ist am Rande fest eingespannt und nach außen hin durch einen Schalltrichter t abgegrenzt. Aus der Sendeantenne werden und unterbrochen elektrische Wellen ausgestrahlt, deren Quelle die Hochfrequenzmaschine ist. Die Intensität der Wellen wird, ganz wie beim gewöhnlichen Telephon, durch den Widerstand des Mikrophons bestimmt, welcher sich unter dem Einfluß der seine Membrane treffenden Schallwellen verändert. Bei der Empfangsstation durchfließt ein ununterbrochener Zug elektrischer Wellen die Spule des Empfangsapparats. Diese Wellen induzieren |272| entsprechende Ströme in dem Ringe r der Membrane. Unter der Wechselwirkung der primären und der sekundären Ströme wird die Membrane um einen gewissen Wert durchgebogen, der konstant bleibt, so lange die von der Antenne aufgefangenen Wellen mit gleicher Stärke die primäre Spule durchfließen. Die Intensität der ankommenden Wellen wird durch die Stärke der von der Sendestation ausgehenden Wellen bestimmt und diese wiederum hängt von dem Zustande des Mikrophons ab. In der Ruhe bleibt dessen Widerstand unverändert; wird gegen seine Membrane gesprochen, so erzeugen die Schwingungen der Membrane Schwankungen des Widerstandes, welche gleichartige Schwankungen in der Stärke der abgesandten Wellen zur Folge haben. Dementsprechend ändert sich die Intensität der Wellen in der Empfangsspule H und somit die Durchbiegung der Membrane. Die Membrane gerät in Schwingungen und gibt die Laute wieder, welche auf der Sendestation gegen das Mikrophon gesprochen worden sind. Mit diesem „Dynamometertelephon“ hat Hogan über eine Entfernung von annähernd 5 km gesprochen. Die Uebertragung war so klar, daß die Stimmen verschiedener Personen gut unterschieden werden konnten. (Hogan.) [El. World 1911, Nr. 2]

Adt.

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