Titel: Der heutige Stand im Dampfturbinenbau.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1911, Band 326 (S. 353–357)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj326/ar326105

Der heutige Stand im Dampfturbinenbau.

Von Bauinspektor Dr.-Ing. Meuth, Stuttgart.

(Fortsetzung von S. 340 d. Bd.)

Für die Lagerung der Welle kommt jetzt mehr und mehr die Anordnung von nur drei Lagern für Turbinen- und Dynamowelle bei starrer Kupplung beider zur Ausführung. Es bedingt dies genaueste Montage und vollständige Unabhängigkeit der Lager von den oft ungleichen Wärmedehnungen des Gehäuses, so daß die Lagermitten genau erhalten bleiben. Die Baulänge der Turbine und des ganzen Aggregates verkürzt sich dadurch wesentlich, und das trägt wiederum zu einem ruhigen Lauf der Maschine bei und hat auch mit Rücksicht auf die Wartung und Instandhaltung Vorteile. Die Lagerkörper sind entweder an das Turbinengehäuse angegossen oder sitzen getrennt davon auf dem Fundamentrahmen. In letzterem Fall müssen die Gehäusefüße möglichst nahe dem wagerechten Turbinenmittel angeordnet werden, damit nicht stärkere Verschiebungen in der Höhenlage des Gehäuse- und Wellenmittels infolge der Wärmedehnungen auftreten. Meist wird das Gehäuse an dem kälteren Niederdruckteil mit dem Fundament fest verschraubt, während es sich an dem Unterstützungspunkt in der Nähe des einströmenden Dampfes achsial verschieben kann.

Die Tourenzahl sucht der Turbinenkonstrukteur mit Rücksicht auf die Oekonomie möglichst hoch zu legen. Die Anpassung an die bei uns übliche Wechselstromperiodenzahl von 50 i. d. Min. führt bei größeren Maschinen zu einer maximalen Umdrehungszahl von 3000. Diese Tourenzahl kommt heute sogar bei Maschinen bis zu 3000 KW-Leistung zur Anwendung. Größere Einheiten arbeiten mit 1500 und 1000 Umdr., die größten Einheiten von Landdampfturbinen mit 750 Umdr. Gleichstromturbodynamos weisen wegen der Schwierigkeiten am Kollektor geringere Tourenzahlen auf; auch gehen die Leistungen selten über 1000 KW hinaus, wobei die Tourenzahl etwa 1000 i. d. Min. beträgt. Einige Firmen legen die normale Tourenzahl über die kritische, andere machen die Welle so steif, daß die kritische Tourenzahl über der normalen liegt. In letzterem Falle können die Spielräume an der Welle kleiner gehalten werden. Bei Trommelbauart ist der Rotor immer so steif, daß seine kritische Tourenzahl weit über der Betriebstourenzahl liegt. Gewöhnlich werden die Lagerkörper in Kugelflächen gestüzt und erhalten so eine gewisse Nachgiebigkeit bei den kleinen Durchbiegungen der Welle. Für die Befestigung der Maschine mit dem Fundament begnügt man sich oft schon damit, den Fundamentrahmen, der zur Verhütung von Formänderungen gewöhnlich sehr steif ausgeführt wird, mit Zement auszugießen und in das Fundament einzubetonieren. Fundamentanker läßt man mitunter ganz weg; dabei werden auch Spannungen und Formänderungen des Rahmens, welche durch zu starkes Anziehen der Fundamentschrauben entstehen können und für den Lauf der Maschine von Nachteil sind, am sichersten vermieden. Für die Kühlung und Schmierung der Lager wird heute fast durchweg Drucköl verwendet, das in seinem Kreislauf gekühlt und meist auch gereinigt wird. Besondere Wasserkühlung wird in der Regel nicht angewendet.

In der Ausführung des Gehäuses ist möglichste Einfachheit und Symmetrie oberster Grundsatz: Ungleiche Massen Verteilung, Versteifung durch Angüsse und Anschlußverbindungen führen zu Verspannungen und ungleichen Formänderungen bei der Verschiedenheit der Temperaturen, die in jedem Turbinengehäuse auftreten. Gewöhnlich wird das Gehäuse in der wagerechten Mittelebene geteilt, damit durch Abheben des oberen Teiles das Innere ohne weiteres zugänglich wird. Die Hälften werden durch dicht nebeneinander sitzende Schrauben zusammengehalten; eine Schicht Leinöl bildet oft die einzige Abdichtung der Teilfuge.

Bezüglich der Schaufelung sind die Ausführungen der einzelnen Firmen weniger einheitlich. Für Turbinen mit Trommelrotor herrscht das außerordentliche einfache Parsonssche Verfahren vor, die blankgezogenen Schaufeln in schwalbenschwanzförmige oder zylindrische Nuten abwechselnd mit den Zwischenstücken einzuführen und wenn nötig zu verstemmen. Die Gleichdruckturbinen haben entweder die von Zoelly eingeführten, allseitig auf Spezialmaschinen bearbeiteten, nach außen an Stärke abnehmenden Nickelstahlschaufeln mit weicheren, ebenfalls ganz bearbeiteten Zwischenlagen, welche in einer Schwalbenschwanznute des Kranzes gehalten werden, oder die von Rateau eingeführte leichtere Konstruktion mit einfachen Stahlblechschaufeln, deren Fuß mit dem Kranze vernietet wird. Bei den neueren Schaufelbefestigungen sucht man Stemm- und Nietarbeit möglichst zu vermeiden durch Festhalten der Schaufeln in Schwalbenschwanznuten oder in Eindrehungen in der Nute des Radkranzes. Die Turbinen mit Geschwindigkeitsabstufung haben mehrere Schaufelkränze auf einer Scheibe; der Kranz und die Scheibe fallen dabei ungewöhnlich stark aus. Fast alle heute auf dem Markt befindlichen Turbinen deutscher Firmen haben achsiale Beaufschlagung bei wagerechter Welle. Die Fliehkräfte der Schaufeln können hierbei am sichersten aufgefangen werden. Die radiale Beaufschlagung führt zwar zu einem sehr einfachen und zugänglichen Aufbau der Turbine; die Schaufelbefestigung macht aber größere Schwierigkeiten, weil die Fliehkräfte der Schaufeln nicht in der mittleren Scheibenebene angreifen. – Die Schaufelkanäle werden vielfach nach außen abgeschlossen, und zwar dadurch, daß ein Stahlband um den Schaufelkranz herumgelegt und mit kleinen Zapfen auf der Stirnseite der Schaufeln vernietet wird. Damit nicht zu hohe Spannungen in ein solches Band gelangen, wird es mitunter in einzelne |354| Segmente zerlegt, die durch eine Drahtbandage zusammengehalten werden. Namentlich in den Stufen, in welchen noch höherer Druck herrscht und die Schaufeln kurz sind, sind die Bandagen sehr wirksam durch Verringerung der Ventilationsverluste und der Verluste durch seitlich durchtretenden Dampf, die auch bei Gleichdruckturbinen infolge von Stauungen des Dampfes auftreten können. Bei den langen Schaufeln der Niederdruckstufen ist die Wirkung solcher Bandagen weit geringer, weshalb sie hier gewöhnlich fehlen. Lange Schaufeln erhalten eine Versteifung durch einen nahe am Schaufelende durchgesteckten Draht, mit dem jede Schaufel verlötet ist. Die Leiträder haben meist dieselbe Schaufelbefestigung wie die Laufräder. Vielstufige Druckturbinen haben gewöhnlich in den gußeisernen Kranz eingegossene Schaufeln; nur da, wo es auf die genaue Stellung der Schaufeln ankommt, so bei den ersten Niederdruckstufen, werden die Schaufeln in auf der Teilmaschine vorgeschlitzte Ringe eingesetzt, die mit der Leitradscheibe verschraubt werden.

Als Schaufelmaterial wird Spezialbronze und Nickelstahl verwendet. Bronzeschaufeln haben sich für Ueberdruckturbinen und für nassen Dampf nach einer zwanzigjährigen Erfahrung sehr gut bewährt. Die Schaufeln werden durch den Dampf nicht merklich angegriffen; so konnte man an der Schaufelung der Elberfelder Turbinen, die s. Z. in den englischen Werkstätten von Parsons ausgeführt waren und kürzlich zur Verlängerung der Trommel in die Werkstätten von Brown & Boveri in Mannheim geschickt worden waren, an der ursprünglichen Neuheit der ersten nicht weiter bearbeiteten Schaufeln erkennen, daß der jahrelange Betrieb nicht eine Spur von Abnutzung verursacht hat. Für Gleichdruckturbinen mit hohen Dampfgeschwindigkeiten ist, namentlich wenn der Dampf Wasser enthält, Bronze zu weich. Weicher Stahl rostet und nutzt sich im Dampfstrahl rasch ab. Der heute vielfach verwendete Nickelstahl (etwa 25 v. H. Nickelgehalt) hat sehr gute Eigenschaften und hat sich auch für vielstufige Druckturbinen im allgemeinen bewährt, doch ist es mitunter auch vorgekommen, daß Schaufeln nach mehrjährigem Betrieb plötzlich Brüche gezeigt haben. Man hat auch mit Erfolg Nickelstahlsorten mit einer Beimischung von Bronze versucht. Ein in jeder Beziehung befriedigendes Material scheint aber für Gleichdruckturbinen noch nicht gefunden zu sein.

Die Regelung bei Leistungsänderung erfolgt bei der Mehrzahl der Turbinen durch Drosselung des Frischdampfes. Hierbei geht allerdings ein Teil der Arbeitsfähigkeit des Dampfes verloren, doch ist der Verlust bei kleineren Belastungsänderungen unbedeutend; einen kleinen Ausgleich des Verlustes bringt auch die Ueberhitzung, welche freilich nur in geringem Maße mit der Drosselung verbunden ist, und die verringerte Rotorreibung in dem weniger dichten Dampf. Theoretisch müßte für annähernd gleichen Wirkungsgrad bei allen Belastungen das Druckverhältnis konstant gehalten werden, weil nur dann die Dampfgeschwindigkeit, für welche Form und Querschnitt der Schaufeln bemessen sind, annähernd dieselbe bleibt. Bei Turbinen mit nur einer Druckstufe wird dies am vollkommensten durch Abschalten einzelner Düsen erreicht. Wenn man schon bei Kolbenmaschinen mit mehrstufiger Expansion auf die Regulierung der Dampfmenge in jedem Zylinder verzichtet und sich der Einfachheit halber auf die Aenderung der Füllung im Hochdruckzylinder beschränkt, so wird man dies bei vielstufigen Dampfturbinen um so mehr tun, wo die Vorrichtungen zur Aenderung der Zutrittsöffnungen zu jeder Stufe oder auch nur zu verschiedenen Stufengruppen die Maschine außerordentlich kompliziert machen würden. Bei einer großen Zahl von Stufen hat es aber keinen großen Zweck, bloß die erste Stufe mit veränderlichen Zugangsöffnungen zu versehen, weil dann doch nicht das Druckverhältnis konstant erhalten werden kann. Bei vielstufigen Turbinen, die in der Hochdruckstufe ein Curtis-Rad haben, ist eine Zu- und Abschaltung von Düsen bezw. von Düsengruppen hauptsächlich im Bereiche der kleinen Belastungen von nicht unerheblichem Vorteil gegenüber der reinen Drosselregulierung, wie aus den bei Besprechung der AEG-Turbine mitgeteilten Versuchsresultaten hervorgeht. Sie wird deshalb von einigen Firmen ausgeführt teils mit selbsttätiger Zu- und Abschaltung der Düsen für die Fälle plötzlicher und großer Belastungsänderungen, wie in Berg- und Hüttenbetrieben, teils mit Zu- und Abschaltung von Hand für die Fälle, wo die Belastungsänderung mit einer gewissen Regelmäßigkeit und allmählich auftritt, wo also der Maschinenwärter durch Beobachtung der Manometer bequem den richtigen Zeitpunkt für das Zu- oder Abschalten der Düsen abwarten kann. Für kleinere Turbinen bildet aber die Drosselregulierung die Regel. Sie arbeitet in der Nähe der Vollast bis etwa ⅔ der Last ohne nennenswerten Verlust und ist in ihrer Ausführung außerordentlich einfach. Die zeitweise Ueberlastung von Dampfturbinen geschieht bei Vielstufenturbinen gewöhnlich durch Zuführung von Frischdampf zu einer späteren Stufe von Hand oder auch selbsttätig.

Die direkte Uebertragung der Regulatorbewegung auf das Absperrorgan findet sich nur bei ganz kleinen Turbinen, bei größeren wird ausschließlich die indirekte Regulierung mittels einer Hilfssteuerung angewendet. Der Regulator hat dabei nur die Widerstände eines kleinen Steuerschiebers zu überwinden, welcher den Zufluß einer unter Druck stehenden Flüssigkeit zu dem Steuerkolben, auf dessen Spindel gewöhnlich auch das Absperrventil bezw. Drosselventil sitzt, regelt. Anfänglich wurde die Hilfssteuerung vielfach mit Dampf betrieben, jetzt fast durchweg mit Drucköl. Letzteres hat den Vorteil, daß der Steuerschieber ständig geschmiert bleibt, und dadurch die Regulierung ihre Empfindlichkeit behält. Zur Steuerung dient ein kleiner Kolbenschieber, der das Drucköl über bezw. unter den Kolben des Regulierventiles treten bezw. von dort abströmen läßt. Der Regulatorhebel ist dabei sowohl mit der Stange des Steuerschiebers wie mit der des Regulierventiles verbunden, so daß der Steuerschieber durch die Bewegung des Regulierventiles immer wieder in seine Mittellage zurückgeführt wird, in welcher die Oelleitungen geschlossen sind. Es entspricht dabei immer einer bestimmten Muffenstellung des Regulators eine bestimmte Stellung des Regulierventils. Der Steuerschieber wird nur mit ganz kleinen Deckungen ausgeführt; deshalb genügt die geringste Muffenbewegung des Regulators, um die Verstellung des Regulierventils einzuleiten. Durch die jedesmalige Rückführung des Steuerschiebers in seine Mittellage wird ein Ueberregulieren vermieden. Eine solche indirekte Regulierung wirkt sehr genau. Das aus der Steuerung abfließende Oel schmiert gewöhnlich noch den Antriebsmechanismus des Regulators. Da das für die Steuerung nötige Preßöl in der Regel auch zur Schmierung der Lager dient, läßt sich leicht die Einrichtung treffen, daß beim Versagen der Oelpumpe die Maschine stillgesetzt wird, so daß die Lager nicht in Gefahr kommen, heiß zu laufen. Für das Anlassen der Turbinen, wo auf eine genügende Oelförderung der Pumpen nicht zu rechnen ist, wird bei größeren Maschinen mit längerer Anlaufzeit noch eine besondere von Hand oder mechanisch angetriebene Oelpumpe vorgesehen. Bei allen Turbinen findet sich ein Sicherheitsregler, der beim Ueberschreiten einer höchsten zulässigen Geschwindigkeit in Tätigkeit tritt und die Maschine stillsetzt. Hierzu dient gewöhnlich ein unter Federspannung stehendes, exzentrisch angeordnetes Gewicht. Da in vielen Fällen eine Betriebsunterbrechung durch ein solches Stillsetzen der Maschine, |355| wenn auch nur für kurze Zeit, sehr störend ist, findet man auch eine Anordnung, bei welcher sich das Absperrventil von selbst wieder öffnet, sobald die normale Umdrehungszahl wieder erreicht ist.

3. Die Dampfturbine für Betriebe mit gemischtem Energiebedarf.

In allen Betrieben, in denen Dampf zum Heizen oder Kochen, Trocknen, Dämpfen usw. verwendet wird, wie in Papier- und Zuckerfabriken, chemischen Fabriken, Brauereien, Schlacht- und Krankenhäusern, Waschanstalten und Warenhäusern, übertrifft die Auspuff- oder Gegendruckdampfmaschine die beste Kondensationsmaschine in der Ausnutzung des Dampfes, wenn derselbe ganz oder zum größten Teil für die genannten Zwecke weiterverwendet wird. Mit der Abdampfverwertung werden die Dampfkraftanlagen den besten Gas- und Oelmaschinen in der Brennstoffausnutzung ebenbürtig. Die dabei verwendeten Auspuffmaschinen übernehmen dabei einfach die Rolle eines Reduzierventils, wobei aber die Drosselung ohne Arbeitsverlust, vielmehr unter Leistung nützlicher Arbeit vor sich geht. Zur Dampferzeugung können dann Kessel für hochgespannten und hochüberhitzten Dampf, die also besonders ökonomisch arbeiten, verwendet werden. Die Ausgestaltung der Dampfkraftanlage nach dieser Richtung wird deshalb in neuerer Zeit eifrig in Angriff genommen sowohl in Anlagen mit Kolbendampfmaschinen wie mit Dampfturbinen. Die Ausnutzung des Dampfes in der Auspuffkolbenmaschine ist zwar besser als in der Hochdruckstufe der Dampfturbinen, doch ist es ein großer Vorzug des aus den Turbinen entnommenen Abdampfes, daß derselbe vollkommnn ölfrei ist und für die weitere Verwendung nicht erst gereinigt zu werden braucht. Auch besitzt derselbe infolge der Rad- und Schaufelreibung einen höheren Wärmeinhalt und ist in der Regel etwas überhitzt, so daß die Verluste in der Abdampfleitung geringer ausfallen. Wo Heizdampf in großen Mengen gebraucht wird, spielt auch die Oekonomie der Kraftmaschine, welcher der Abdampf entnommen wird, keine so große Rolle.

Nur selten wird in einem Betriebe die Menge des für Heiz- oder Kochzwecke gebrauchten Dampfes übereinstimmen mit der Dampfmenge, welche für die Krafterzeugung gebraucht wird. Ist der Bedarf an Heizdampf größer oder höchstens gleich dem Bedarf an Dampf für Kraftzwecke, so kann man für die Heizung einen Teil des hochgespannten Dampfes, der nicht zur Krafterzeugung gebraucht wird, auf den für die Heizung erforderlichen Druck reduzieren. Rationeller ist es jedoch, auch diesen Dampf durch die Turbine zu schicken und für die überschüssige Kraft wenn möglich anderswo Absatz zu suchen; denn sie wird nahezu kostenlos erzeugt. Für die Fälle, wo der Verbrauch an Heizdampf die Dampfmenge für Kraftzwecke zeitweise überschreitet und dann wieder darunter bleibt, muß gedrosselter Frischdampf der Heizung zugesetzt werden bezw. der überschüssige Dampf ins Freie auspuffen. Beides ist unwirtschaftlich.

Wenn z.B. der Abdampf von Lichtmaschinen zur Gebäudeheizung verwendet wird, ist in der warmen Jahreszeit überhaupt kein Bedarf an Heizdampf vorhanden; auch fallen die Zeiten des größten Licht- und Wärmebedürfnisses nur teilweise zusammen. Beim Anwärmen wird sehr viel Dampf gebraucht, während im übrigen in der Zeit des stärksten Maschinenbetriebes am Abend nicht mehr Heizdampf gebraucht wird als zu einer andern Zeit, st keine Kondensationsanlage vorhanden, so geht viel Energie nutzlos ins Freie. Für solche und ähnliche Betriebe mit gemischtem und stark wechselndem Energiebedarf läßt sich nun durch Dampfentnahme z.B. aus einer Zwischenstufe von Verbundkolbenmaschinen oder von mehrstufigen Dampfturbinen eine günstige Ausnutzung auch unter wechselnden Betriebs Verhältnissen erzielen. Die Dampfturbine eignet sich hierfür besonders gut, da. abgesehen von der Reinheit des entnommenen Dampfes, die Regelung der Maschine bei veränderlicher Leistung und wechselnder Heizdampfmenge sich einfach ausführen läßt. Hierzu kommen noch die Vorteile des Turbinenbetriebs überhaupt.

Eine solche Anzapfturbine ist eine gewöhnlich für Kondensationsbetrieb eingerichtete Turbine mit einem zweiten Stutzen etwa in der Mitte des Gehäuses zur Entnahme von Heizdampf; die Dampfzuführung zum Niederdruckteil und zur Heizung kann voneinander abhängig gemacht werden, so daß z.B. bei geringerem Bedarf an Heizdampf unter dem Einfluß des steigenden Druckes an der Anzapfstelle das Ventil nach dem Niederdruckteil mehr geöffnet und der zur Heizung nicht gebrauchte Dampf in dem Niederdruckteil der Turbine zur Arbeitsleistung ausgenutzt wird. Ist die Leistung in einem solchen Fall gleich geblieben, so drosselt der Regulator einfach den Frischdampf zum Hochdruckteil der Turbine. Ist andererseits bei gleichem Bedarf an Heizdampf die Leistung der Turbine gesunken, wird also weniger Frischdampf zugeführt, so schließt sich das Ventil für die Dampfzuführung zum Niederdruckteil so weit, daß der für die Heizung nötige Druck an der Anzapfstelle unverändert bleibt. So kann eine Anzapfturbine sich allen Schwankungen in der Belastung und im Bedarf an Heizdampf anpassen und den Betrieb in jedem Falle so wirtschaftlich wie möglich gestalten. Die Einführung solcher Turbinen von verschiedener Bauart hat infolge ihrer großen Vorteile schon bedeutende Fortschritte gemacht. Ebenso auch die Verwendung von Abdampfturbinen, welche den Abdampf von Auspuff-Kolbenmaschinen verarbeiten. Sie können die Wirtschaftlichkeit einer Anlage bedeutend erhöhen. Es kommt dabei darauf an, ob die Abdampfmenge konstant ist oder veränderlich, oder ob sie mit Unterbrechungen geliefert wird. Im ersten Fall bedarf es nur eines Auslaßventils für etwa überschüssigen Dampf und eines Reduzierventils, um Frischdampf zuzulassen, falls von der Turbine zeitweise eine größere Leistung verlangt wird. Der zweite Fall erfordert die Anwendung einer Hoch- und Niederdruckturbine, in deren Hochdruckteil bei geringer Abdampfmenge Frischdampf eingelassen wird, um die Verluste durch ein Reduzierventil zu vermeiden. Im dritten Fall, wie er namentlich in Berg- und Hüttenbetrieben vorkommt, wo zahlreiche, zeitweise aussetzende Kolbenmaschinen, wie Förder-, Gebläse-, Walzwerksmaschinen usw. eine große Menge Abdampf liefern, der vielfach nutzlos ins Freie geht, ist die Anordnung eines Dampfakkumulators notwendig, in welchem der auspuffende Dampf aufgespeichert oder dessen Wärme an Wasser übertragen wird. Das erwärmte Wasser verdampft bei einer Druckverminderung im Behälter. Der Abdampf aus dem Akkumulator wird der Turbine in stetigem Strom zugeführt und bei hohem Vakuum in mechanische Energie umgesetzt. So wurde in einem Falle mit dem Abdampf von 22500 kg i. d. Std. von 14 teilweise mit Unterbrechungen laufenden Hüttenwerksmaschinen eine 2000 PS Abdampfturbine gespeist, welche den Strom für eine elektrische Wasserhaltung lieferte. Auch in diesem Falle schaltet man der Abdampfturbine gewöhnlich eine Hochdruckturbine vor, die mit Frischdampf beaufschlagt wird, um nicht in Betriebspausen der Primärdampfmaschinen oder bei erhöhter Leistung der Abdampfturbinen und gleichbleibender Abdampfmenge gedrosselten Frischdampf zuführen zu müssen. Die Regulierung solcher Zweidruckturbinen hat sowohl den Aenderungen der zu verarbeitenden Abdampfmenge wie der Belastung Rechnung zu tragen und stellt dadurch dem Konstrukteur ebenso wie bei der |356| oben erwähnten Anzapfturbine besonders interessante Aufgaben.

Nicht bloß bei absetzend betriebenen Kolbenmaschinen lassen sich große Vorteile durch die Verwendung von Abdampfturbinen erzielen, auch bei gewöhnlichen Betriebsmaschinen in elektrischen Zentralen hat die Zuschaltung von Abdampf-Dampfturbinen sehr günstige Resultate ergeben. Bekanntlich kann die Dampfturbine mit einem viel höheren Vakuum arbeiten als die Kolbendampfmaschine; wenn nur kaltes Kühlwasser in genügender Menge vorhanden ist, so läßt sich die Dampfenergie in einer Turbine viel weiter ausnutzen. Der Turbine machen die großen Volumina, welche der Dampf bei sehr hohem Vakuum besitzt, gar keine Schwierigkeiten; infolge der großen Strömungsgeschwindigkeit bleiben die erforderlichen Durchgangsquerschnitte für den Dampf in mäßigen Grenzen, während sie bei der Kolbendampfmaschine unausführbare Abmessungen annehmen würden. Der Wirkungsgrad für die Energieumsetzung ist auch, wie schon erwähnt worden ist, im Bereich der geringen Dampfdrücke verhältnismäßig hoch, so daß es sich in vielen Fällen als sehr vorteilhaft erwiesen hat, Kolbendampfmaschinen nicht mit Kondensation arbeiten zu lassen, sondern ihren Abdampf einer zugeschalteten Dampfturbine zuzuführen, die mit hohem Vakuum arbeitet. Für eine Neuanlage wird zwar in der Regel eine solche Kombination von Kolbenmaschine und Turbine wegen der hohen Anlagekosten, des größeren Raumbedarfs und des komplizierten Betriebes nicht in Betracht kommen; jedoch können vorhandene Kolbenmaschinen durch Zuschalten einer Abdampfturbine um 30–50 v. H. in ihrer Oekonomie verbessert bezw. bei der gleichen Dampfmenge um ebensoviel in ihrer Leistung gesteigert werden. So war z.B. eine Zentrale in New York mit 11 sehr ökonomischen Corliß-Maschinen von je 7500 KW Leistung, welche einen Dampfverbrauch von 8,6 kg/PSe und Std. bei 12,5 at Dampfdruck und 65 cm Vakuum hatten, mit Abdampfturbinen zu jeder Kolbenmaschine ausgerüstet worden. Bei einer Belastung der Kolbenmaschinen von 6600 KW leisteten die Abdampfturbinen mit 92 ½ v. H. des Abdampfes der Kolbenmaschinen (Anfangsdruck 1.1 at abs. und 72 cm Vakuum) 5100 KW. Mit derselben Dampfmenge wurden also 11700 KW von einem Maschinensatz erzeugt, entsprechend 6,1 kg Dampf für die KW/Std. Arbeitet die Anlage ununterbrochen, so werden täglich 750000 kg Dampf und bei achtfacher Verdampfung 93 t Kohlen gespart. Die Anlagekosten einschließlich der Kosten für die notwendige Reinigung des Abdampfes von Oel sowie der höheren Kosten für den Betrieb der Kondensationsanlage werden so in kurzer Zeit ausgeglichen.

Die verschiedenen im Vorausgegangenen besprochenen Betriebsarten, denen sich die Turbinenkonstruktion anpassen muß, machen den Dampfturbinenbau außerordentlich mannigfaltig und zwingen die Maschinenfabriken, eine ganze Reihe verschiedener Modelle auszuführen; das hindert natürlich von vornherein eine systematische Massenfabrikation.

Die hauptsächlichste Verwendung findet die Dampfturbine nach wie vor zum Antrieb elektrischer Maschinen; daneben dient sie auch zum Antrieb der verschiedenen rotierenden Arbeitsmaschinen wie Zentrifugen, Kreiselpumpen für Luft und Wasser usw. Das Gebiet der Hochdruckzentrifugalpumpen, wie der Kreiselgebläse und Turbokompressoren ist ja heute mit großem Erfolg in Angriff genommen worden und die Dampfturbine ist hierfür natürlich eine sehr geeignete Antriebsmaschine. Man hat auch die Einführung des Dampfturbinenantriebes bei Lokomotiven versucht, wo sie hauptsächlich den Vorteil hätte, daß die störenden Kräfte aus der Bewegung des Kurbelgetriebes wegfielen. Die dabei gemachten Erfahrungen sind nicht gerade ungünstig; doch paßt hier die Dampfturbine nicht recht hin. Der Fortschritt liegt hier zweifellos in der Einführung des Eletromotors und in der Stromersparung für den Betrieb aus einer großen elektrischen Zentrale. Anders liegt die Sache im Schiffsbetriebe.

4. Die Dampfturbine im Schiffsbetrieb.

Eine außerordentlich wichtige Anwendung hat die Dampfturbine im Schiffsbetriebe als Haupt- und Hilfsantriebsmaschine gefunden. Hier kommen hauptsächlich ihre Vorteile hinsichtlich leichter Bedienung und guter Manövrierfähigkeit in Betracht. Es sind keine beweglichen Teile vorhanden, welche wie bei Kolbenmaschinen einer ständigen sorgfältigen Wartung und häufigen Ersatzes bedürfen. Die wenigen Lager sind leicht instand zu halten. Die Turbinen mit einer Welle haben nur zwei Ventile, eines für Vorwärtsgang und eines für Rückwärtsgang; auch bei dem Vierwellensystem von Parsons bleibt die Bedienung einfacher als bei Kolbenmaschinen, bei denen in der Regel besondere Umsteuermaschinen notwendig sind. Im Gewicht werden Dampfturbinen da leichter als Kolbenmaschinen, wo hohe Schiffsgeschwindigkeiten vorhanden sind, also namentlich bei Torpedobooten. Bei gewöhnlichen Handelsschiffen und großen Linienschiffen fallen Turbinenanlagen mitunter schwerer aus. Auch der Raumbedarf ist, wenigstens was die Grundfläche anlangt, bei Turbinen für große Handels- und Kriegsschiffe größer als bei Kolbenmaschinen, abgesehen von Anlagen mit Einzelwellenturbinen. In der Höhe ist der Raumbedarf aber in allen Fällen bei Turbinen geringer. Die Vibrationen, welche von der Massenwirkung der hin- und hergehenden Triebwerksteile von Kolbenmaschinen herrühren, fallen bei Turbinen fort; nicht aber die von der Schiffsschraube herrührenden Vibrationen, die ihre Ursache in dem verschiedenen Wasserdruck auf die Schraubenflügel haben. Im Dampfverbrauch ist die Turbine nur bei hohen Umdrehungszahlen und großen Leistungen der Kolbenmaschine überlegen, namentlich also bei Torpedobooten und schnellen Kreuzern. Die nachstehenden Resultate von Versuchen mit zwei Schiffen der englischen Marine, deren zielbewußtem Vorgehen überhaupt die rasche Einführung der Dampfturbine auf Schiffen zu verdanken ist, geben einen Begriff von dem Verhalten von Dampfturbine und Kolbenmaschine beim Antrieb von Kriegsschiffen. Die Versuche wurden an zwei Kreuzern „Amethyst“ und „Topaze“ vorgenommen, von denen „Amethyst“ mit Parsons-Turbinen, „Topaze“ mit Kolbenmaschinen ausgerüstet war. Der angegebene Dampfverbrauch schließt den Verbrauch für Luft-, Zirkulations- und Speisepumpen ein.

Geschwindig-
keit d Schiffes
in Knoten

Leistung
in PS
Dampfverbrauch kg
für die PS/Std.
Verbesserung
durch die
Dampfturbine
Topaze Amethyst
10,0 850 9,9 13,2 – 25,4
14,0 2200 8,6 9,1 – 5,1
18,0 4500 8,5 7,1 + 16,5
22,0 9500 9,5 6,3 + 34,7
23,6 14000 5,9

Die Ueberlegenheit der Dampfturbine beginnt etwa bei 15 Knoten Fahrgeschwindigkeit. Die Turbinen waren etwa ⅓ leichter als die Kolbenmaschinen; der Oelverbrauch betrug nur 2 v. H. von dem Oelverbrauch der Kolbenmaschinen.

Andere Versuche haben diese Resultate bestätigt. Sehr wertvoll ist die Eigenschaft der Turbine, ölfreien |357| Abdampf zu liefern, da derselbe auf Seeschiffen zur Kesselspeisung wieder verwendet wird.

Die große Schwierigkeit, den Turbinenbetrieb auf Schiffen wirtschaftlich zu gestalten, liegt in dem schlechten Wirkungsgrad raschlaufender Schiffsschrauben. Bei der Verwendung normaler Schiffsschrauben und normaler Tourenzahlen ist es nicht möglich, unter direkter Kupplung von Turbinen- und Propellerwelle mit einem niedrigen Dampfverbrauch zu arbeiten. Im Schiffahrtsbetriebe kommen ferner die verschiedensten Geschwindigkeiten vor, während die Turbine nur bei einer bestimmten Geschwindigkeit ökonomisch arbeitet. Da die Dampfturbine nicht umsteuerbar ist, verlangt die Rückwärtsfahrt die Anordnung einer besonderen Turbine.

Die Dampfturbine den wechselnden Betriebsverhältnissen der verschiedenen Seefahrzeuge anzupassen, ist eine lebhaft in Angriff genommene Aufgabe der heutigen Maschinentechnik. Parsons' Mehrturbinensystem war gleich eine sehr geschickte Lösung des Problems. Für mittlere und kleinere Schiffe werden drei Turbinen, für schwerere Kriegs- und für Personendampfer vier Turbinen, teils neben-, teils hintereinander angeordnet, in welchen der Dampf nacheinander arbeitet. Es wird dadurch eine geringe Geschwindigkeit erzielt, ohne daß hierzu die Turbine durch die notwendige große Zahl der Druckstufen zu lang wird, und ohne daß der Dampf gedrosselt zu werden braucht. Es lassen sich auch verschiedene Geschwindigkeiten bei annähernd gleicher Wirtschaftlichkeit erreichen, freilich wird die ganze Anlage weniger einfach und beansprucht mehr Raum und Gewicht. Bei der Dreiwellenanordnung sitzt gewöhnlich die Hochdruckturbine auf der Mittelwelle; auf den beiden Seitenwellen sitzen die Niederdruckvorwärts- und die Rückwärtsturbinen. Bei längerer Fahrt auf hoher See strömt der Dampf von den Kesseln durch die Hochdruckturbinen zu den Niederdruckturbinen. Bei häufigem Manövrieren wird die Hochdruckturbine von der Dampfleitung abgeschaltet, und der Frischdampf geht direkt zu den Ventilen der Niederdruckturbine und zu den Rückwärtsturbinen. Bei der Vierwellenanordnung größerer Schiffe sitzen gewöhnlich zwei Hochdruckturbinen auf den äußeren Wellen. Die beiden mittleren Wellen tragen die Niederdruckturbinen und die Rückwärtsturbinen. Durch besondere Schaltung der Ventile wird erreicht, daß zwar die Vor- und Rückwärtsturbinen gleichzeitig von der Dampfleitung abgesperrt, daß aber immer nur die Leitung entweder für die Vorwärts- oder für die Rückwärtsturbine geöffnet sein kann. Jede Turbine kann im Falle eines Defektes ausgeschaltet werden. Um auch bei längeren Fahrten mit verlangsamter Geschwindigkeit zu arbeiten, wird der Hochdruckturbine noch eine Hoch- und Niederdruckmarschturbine vorgeschaltet. Bei Marschfahrt durchströmt der Dampf zuerst diese letzteren und gelangt dann erst in die Hochdruckhauptturbine. Bei voller Fahrt laufen die Marschturbinen im Vakuum leer mit. Sie besitzen in mancher Beziehung Nachteile durch die Verschlechterung des Vakuums, durch den größeren Platzbedarf und die Komplizierung der Anlage, weshalb sie nur selten noch ausgeführt werden. Der bei den Ueberdruckrädern und bei Gleichdruckrotoren in Trommelbauart auftretende Achsialschub kann zum teilweisen Ausgleich des Propellerschubes dienen; ein Drucklager ist indessen wegen des nicht für alle Belastungen vorhandenen Ausgleichs außerdem nötig.

Die zum Schiffsantrieb verwendeten Aktionsturbinen haben in der Regel einen vollständigen Turbinensatz mit Vor- und Rückwärtsturbine für jede Propellerwelle. Ein Turbinenaggregat besteht hier aus einer Hoch- und Niederdruckturbine für Vorwärtsgang und einer Rückwärtsturbine, welche im Abdampfraum der Niederdruckturbine untergebracht ist. Die Gesamtanordnung ist namentlich bei größeren Schiffen einfacher als die von Parsons; die Veränderung der Geschwindigkeit wird hier in der Regel durch Aenderung der Beaufschlagung erreicht. Auch kombinierte Bauarten mit Gleich- und Ueberdruckturbinen kommen zur Anwendung. In Amerika hat man neuerdings die Anwendung eines Zahnradgetriebes versucht, welches die Tourenzahl der Dampfturbine etwa im Verhältnis 1 : 10 verringert. Die angetriebenen zwei Zahnkränze sitzen auf einer Trommel und haben z.B. für eine 6000 PS-Turbine einen Durchmesser von 1200 mm; die breiten Zähne sind schräg geschnitten. Das Getriebe ist etwas elastisch gelagert, so daß sich der Druck auf die Zähne ausgleichen kann. Das Getriebe soll vollkommen ruhig laufen; man wird aber erst nach längerer Betriebszeit beurteilen können, ob sich ein Zahnradgetriebe tatsächlich für die Uebertragung so großer Leistungen eignet.

Es ist auch versucht worden, durch eine mit gleichmäßiger günstigster Geschwindigkeit umlaufende Dampfturbine eine Dynamo anzutreiben, welche den Strom für einen auf der Propellerwelle sitzenden Motor liefert, doch ist diese elektrische Kupplung von Turbinen- und Propellerwelle nicht einfach genug und braucht auch zuviel Platz.

(Fortsetzung folgt.)

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