Titel: MEUTH: Der heutige Stand im Dampfturbinenbau.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1911, Band 326 (S. 458–462)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj326/ar326135

DER HEUTIGE STAND IM DAMPFTURBINENBAU.

Von Bauinspektor Dr.-Ing. Meuth, Stuttgart.

(Fortsetzung von S. 444 d. Bd.)

Die Aktiengesellschaft Fr. Krupp in Essen und Germaniawerft in Kiel-Gaarden bauen vielstufige Gleichdruckturbinen nach der Bauart Zoelly mit einigen kleineren Abweichungen von der Ausführung von Escher, Wyß. Größere Turbinen mit 1500 Umdr. i. d. Min. erhalten 12 Gleichdruckräder mit gleichem Durchmesser im mittleren Schaufelkreis. Das Gehäuse und die Welle sind sehr kräftig ausgeführt; letztere ist von der Mitte ab nach beiden Seiten abgesetzt; auf einen Absatz sind immer zwei Räder geschoben. Die Turbinen- und Dynamowelle sind nur in drei Lagern gestützt und beide starr gekuppelt. Zur Abdichtung beim Austritt aus dem Gehäuse dienen auch hier in Segmente geteilte Kohlenringe, die durch herumgelegte Schlauchfedern zusammengehalten und leicht gegen die Welle gepreßt werden. Das Gehäuse ist in der wagerechten Mittelebene und außerdem in einer Vertikalebene in der Höhe des drittletzten Schaufelrades geteilt. Der Frischdampfkanal ist vorn an der Stirnwand der Turbine eingegossen; ein zweiter Frischdampfkanal läuft um den zylindrischen Teil des Gehäuses herum, aus welchem Frischdampf zum Zwecke der Ueberlastung einer späteren Druckstufe zugeführt werden kann. Die Stützung des Gehäuses findet etwa in der Mitte des zylindrischen Teiles auf eine längere Strecke statt. Die Ausführung der raschlaufenden Turbinen (für 3000 Umdr.) weist nur acht Schaufelräder auf. Die in diesem Falle äußerst zusammengedrängte Baulänge sichert einen guten Lauf auch bei den hier vorkommenden hohen Geschwindigkeiten.

Die Sächsische Maschinenfabrik vorm. Rich. Hartmann in Chemnitz führt eine Zoelly-Turbine ähnlicher Bauart aus, und zwar mit zwei Rädergruppen, in jeder Gruppe mit gleichem Schaufelkreisdurchmesser und zunehmender Beaufschlagung und Schaufellänge. Die Schaufelkanäle sind außen mit einem Stahlband abgedeckt, das aus einzelnen Segmenten besteht und mit den einzelnen Schaufeln durch Schweißen verbunden ist. Zur weiteren Sicherung ist noch eine Drahtbandage herumgelegt. Die Leitradschaufeln sind in die gußeisernen Zwischenwände eingegossen. Die Welle läuft normal über der kritischen Tourenzahl; sie ist mit der Dynamowelle elastisch gekuppelt. Die Abdichtung der einzelnen Druckstufen geschieht durch Buchsen, welche lose über die Laufradnaben geschoben sind und mit ihrer Stirnfläche gegen eine entsprechende Stirnfläche an den Naben der Leitradwände anlaufen. Die Dichtung erlaubt so eine freie Querbeweglichkeit. Beim Uebergang der ersten zur zweiten Stufengruppe ist eine längere Labyrinthdichtung vorgesehen, welche gleichzeitig beim Durchgang der Welle durch die kritische Tourenzahl als Anschlag dient. Beim Austritt der Welle aus dem Gehäuse ist dieselbe mit geteilten Kohlenringen gedichtet, die durch Federn gegen die Welle gepreßt werden und außerdem werden die Kohlenringe durch achsial wirkende Federn gegeneinander gepreßt. Schließlich ist noch eine Dichtung mittels Sperrdampf vorgesehen, wobei in der Regel der auf der Hochdruckseite austretende Dampf in die Niederdruckdichtung übergeführt wird.

Textabbildung Bd. 326, S. 458

Das Gehäuse ist in einer Horizontalebene der Turbinenachse und außerdem in einer Vertikalebene in Höhe der letzten Hochdruckstufe geteilt und in der Mitte durch |459| Füße gestützt, so daß es sich nach beiden Seiten ausdehnen kann.

Textabbildung Bd. 326, S. 459

Die Sächsische Maschinenfabrik hat durch Prof. Josse Versuche mit verschiedener Schaufelteilung und mit Laufrädern mit und ohne Bandagen anstellen lassen. Dabei ergab sich eine Erhöhung des Wirkungsgrades mit Bandagen und kleiner Schaufelteilung um etwa 2 v. H. gegenüber bandagenlosen Rädern mit großer Teilung. Die Verbesserung trat hauptsächlich im Hochdruckteil hervor, während sie im Niederdruckteil unbedeutend war; auch der Leerlauf der Turbine war durch die Verringerung der Ventilationsverluste der bandagierten Räder geringer; der Einfluß der veränderten Schaufelteilung konnte für sich nicht festgestellt werden.

Die von der Görlitzer Maschinenbauanstalt und Eisengießerei in Görlitz gebaute Dampfturbine ist eine Zoelly-Turbine von gedrängter Bauart. Fig. 45 stellt einen Längsschnitt durch die Turbine dar, aus welcher die Einzelheiten ersichtlich sind. Turbinen- und Dynamowelle sind starr gekuppelt und besitzen nur drei Lager, von denen das vordere als Kammlager ausgebildet, das mittlere in Kugelflächen gestützt ist. Das Gehäuse ist in der wagerechten Mittelebene geteilt und in der Mitte und am Abdampfstutzen gestützt; der Abdampf teil ist mit dem zylindrischen Teil des Gehäuses verschraubt. Durch einen Ringkanal kann zum Zwecke der Ueberlastung Frischdampf zur dritten Druckstufe zugeführt werden. Die Reguliereinrichtung ist in Fig. 46 besonders dargestellt. V ist das Regulierventil mit dem Steuerkolben M, S der Zylinder mit der Steuerung für das Drucköl. Von der Görlitzer Maschinenbauanstalt sind von 1906 bis zum Anfang 1910 81 Dampfturbinen mit 144000 PS, darunter Aggregate bis zu 8000 PS Einzelleistung, geliefert worden, vom Zoelly-Syndikat im ganzen etwa 500 Turbinen mit 700000 PS Gesamtleistung. Die Firma betreibt besonders auch den Bau von Gegendruck- und Anzapfturbinen und von Abdampfturbinen. Die Gegendruckturbine wird mit nur wenigen Druckstufen ausgeführt entsprechend dem geringen zu verarbeitenden Wärmegefälle. Die Anzapfturbine besteht aus einer kurzen Hochdruck- und einer gewöhnlichen Gleichdruck-Niederdruckturbine. Zwischen beiden wird der Dampf zu Heizzwecken usw. entnommen. Ein hier eingeschalteter Druckregler, der auf ein Umschaltventil wirkt, sorgt dafür, daß z.B. bei geringerem Heizdampfbedarf der überschüssige Dampf in den Niederdruckteil strömt und dort die Turbinenleistung vergrößert. Soll dabei die Leistung konstant bleiben, so drosselt der Tourenregulator den Frischdampf; umgekehrt wird bei größerem Heizdampfbedarf dem Niederdruckteil weniger Dampf zugeführt, wodurch die Turbinenleistung abnimmt, die dann nur durch vermehrte Zuführung von Frischdampf zur Hochdruckstufe wieder auf die frühere Höhe gebrachtwerden kann.

Textabbildung Bd. 326, S. 459

Die reinen Abdampfturbinen besitzen nur Niederdruckräder. Für stark wechselnde Abdampfmengen wird eine Hochdruckturbine vorgeschaltet, welcher bei geringer Abdampfmenge selbsttätig oder von Hand Frischdampf zugeführt |460| wird, der nach seiner Arbeitsleistung in der Hochdruckstufe auch den Niederdruckteil durchströmt und die Leistung der Turbine annähernd konstant hält. Durch den Tourenregulator wird in normaler Weise der Zutritt des Niederdruckdampfes reguliert, während getrennt davon eine zweite Regulierung Frischdampf zur Hochdruckstufe zuläßt, sobald die vorhandene Menge Abdampf für die Leistung der Turbine nicht mehr ausreicht.

Der Dampfverbrauch einer reinen Abdampfturbine beträgt je nach dem Anfangsdruck des Abdampfes und dem Vakuum 8 bis 15 kg für die PS/Std. Die Frischdampf-Abdampfturbine arbeitet beim Ausbleiben von Niederdruckdampf mit Frischdampf ebenso günstig wie eine gewöhnliche Hochdruckkondensationsturbine, während sie mit Abdampf allein betrieben für den Leerlauf der Hochdruckräder nur einen geringen Mehrverbrauch gegenüber der reinen Abdampfturbine aufweist.

Textabbildung Bd. 326, S. 460

Die Maschinenfabrik Oerlikon, welche früher Rateau-Turbinen baute, führt jetzt Turbinen aus, die sich in den Einzelheiten mehr der Zoelly-Bauart nähern. Das Kennzeichnende der Bauart ist die Anordnung einzelner Rädergruppen mit gleicher Beaufschlagung und zunehmender Schaufellänge in jeder Gruppe (Fig. 47); es beginnt eine größere Beaufschlagung dann, wenn die Schaufellängen in einer Gruppe zu groß werden. Eine Turbine von 1000 KW z.B. wurde mit zwei Rädergruppen ausgeführt, beide mit gleichem mittleren Schaufelkreisdurchmesser, aber verschiedener Beaufschlagung. Die letztere beträgt in der ersten Gruppe 16 v. H. des Umfangs, in der zweiten 90 v. H. Die Schaufellänge nimmt in der ersten Gruppe von 8 auf 51 mm zu; die zweite Gruppe beginnt mit einer Schaufellänge von 15 mm und endigt mit 48 mm. Bei dieser Ausführung wird die Austrittsgeschwindigkeit des Dampfes aus jedem Laufrad einer Gruppe, mit Ausnahme des letzten, noch im folgenden Rad, abgesehen von einem unvermeidlichen Uebergangsverlust, ausgenutzt. Die Firma sieht den Nachweis über die Ausnutzung der Austrittsgeschwindigkeit darin, daß bei Versuchen an einer 1000 KW-Turbine die durch die Turbine strömende Dampfmenge bei gleichen Dampfverhältnissen mit abnehmender Tourenzahl zunahm. Dasselbe ist bei Ueberdruckturbinen, welche die Austrittsgeschwindigkeit ausnutzen, festgestellt worden, während bei den gewöhnlichen Gleichdruckturbinen die durchströmende Dampfmenge mit der Tourenzahl abnimmt oder doch sich nicht ändert.

Unter der Annahme, daß bei dieser Dampfströmung von einem Rad unmittelbar in das nächste der Dampf auf keinem anderen Wege als durch die Schaufelkanäle durch die Turbine gelangen wird, führt die Maschinenfabrik Oerlikon die radialen Spielräume zwischen den Laufradnaben und den umschließenden Leiträdern verhältnismäßig groß aus (1 bis 2½ mm), was natürlich für die Betriebssicherheit von großem Vorteil ist. Auch die radialen Spielräume am Laufradumfang und die achsialen Spielräume zwischen Leit- und Laufrädern werden reichlich groß genommen (3 bis 5 mm). Trotz dieser großen Spielräume bleibt der Dampfverbrauch niedrig.

Mit einem Wirkungsgrad der Dynamo von 90 v. H. (geschätzt) berechnet sich der thermische Wirkungsgrad der Turbine bezogen auf den Dampfzustand vor der Turbine und auf die effektive Turbinenleistung zu annähernd 60 v. H.

Die neue Oerlikon-Turbine hat außer den zwei Traglagern, die den höheren Gehäusetemperaturen möglichst entrückt sind, vorn noch ein besonderes Kammlager. Die Lager haben Preßölschmierung und bei größeren Ausführungen auch noch Wasserkühlung der Lagerschalen. Das Gehäuse ist nur in der wagerechten Mittelebene geteilt. Die Laufradscheiben sind aus Siemens-Martin-Stahl geschmiedet. Die sorgfältig bearbeiteten Nickelstahlschaufeln werden mit den Abstandsstücken in die Nute des Kranzes an einer seitlichen Oeffnung desselben eingesetzt, deren Verschlußstück dann vernietet wird; eine Reihe von Abstandsstücken wird ebenfalls mit dem Kranz durch Nietung verbunden. Außen sind die Laufradkanäle durch ein Stahlband abgeschlossen, das mit jeder einzelnen Schaufel vernietet ist. Bei großen Turbinen kommen drei Rädergruppen zur Ausführung, von denen die letzte |461| Trommelbauart erhält; Einheiten bis zu 10000 PS sind bereits in dieser Bauart ausgeführt. Die Leitradscheiben sind meist aus Gußeisen allseitig bearbeitet (zur Verminderung der Dampfreibung) und reichen bis nahe an die Laufradscheiben heran; die Leitschaufeln aus Nickelstahl sind eingegossen. Die Welle ist sehr stark gehalten, um die kritische Tourenzahl über der normalen zu haben; sie ist von der Mitte aus nach beiden Seiten abgesetzt, um die Laufräder leicht überbringen zu können.

Textabbildung Bd. 326, S. 461

Die Regulierung erfolgt in gewöhnlicher Weise durch einen Druckölservomotor. Der Dampf wird bei kleineren Leistungen durch einen Regulierschieber gedrosselt; für Ueberlastung gibt der Schieber bei einer gewissen Höchststellung einen zweiten Dampfweg frei und läßt Dampf einer späteren Druckstufe zuströmen. Das Hauptabsperrventil trägt auf seiner Ventilstange einen federbelasteten Kolben, dessen Unterfläche unter dem Drucke des Preßöls steht. Beim Anlassen der Turbine wird durch eine Handpumpe ein Oeldruck unter dem Kolben erzeugt, so daß sich das Absperrventil öffnet, das dann später, wenn die Maschine eine höhere Tourenzahl angenommen hat, durch die Wirkung der von der Regulatorwelle aus angetriebenen Oelpumpe offengehalten wird. Zum Abstellen genügt es, ein kleines Ventil in der Oelleitung zu schließen, worauf sich unter dem Druck der Feder das Absperrventil schließt. Ebenso erfolgt das Schließen des Ventils bei Ueberschreitung einer höchsten Tourenzahl. Der Sicherheitsregulator wirkt dabei auf einen Steuerkolben ein, der den Oeldruck unter dem Kolben des Absperrventils zum Verschwinden bringt, das Ventil aber wieder öffnet, sobald die normale Tourenzahl wieder erreicht ist, so daß eine Betriebsunterbrechung nach einer Ueberschreitung einer höchsten Tourenzahl nicht eintritt. Die Einrichtung bewirkt ohne weiteres, daß beim Versagen der Oelpumpe, in welchem Falle die Lager durch Oelmangel in Gefahr wären, heißzulaufen, das Absperrventil geschlossen und die Turbine stillgesetzt wird.

Textabbildung Bd. 326, S. 461

Die Maschinenfabrik Oerlikon baut für gemischten Betrieb mit Hoch- und Niederdruckdampf sog. Serie-Paralleldampfturbinen, bei welchen der Niederdrucksatz mit zwei getrennten Dampfwegen durch die Leiträder ausgeführt ist. Die Anordnung ist zu dem Zwecke getroffen, um auch den Betrieb einer Abdampfturbine dann ökonomisch zu gestalten, wenn einmal Abdampf nicht in genügender Menge zur Verfügung steht und die Turbine hauptsächlich oder ausschließlich mit Frischdampf arbeiten muß. Bei einer gewöhnlichen Abdampfturbine mit vorgeschalteter Hochdruckstufe ist in diesem Falle der Niederdruckteil viel zu groß, weil er für die viel größere Abdampfmenge berechnet ist. Bei Betrieb mit Frischdampf durchströmt nun der aus dem Hochdruckteil austretende Dampf nur die Hälfte der Leitradkanäle, während bei Betrieb mit Abdampf auch die zweite Hälfte noch dazu parallel geschaltet wird. Die Turbine eignet sich auch gut für die Fälle, wo die für die gewünschte Turbinenleistung erforderliche Abdampfmenge nicht genügt und ständig Frischdampf zugesetzt werden muß. Die Regulierung ist so eingerichtet, daß durch drei Schieber, die übereinander auf ein und derselben Spindel sitzen, zuerst der einen, dann der andern Niederdruckgruppe Abdampf zugeführt wird, und wenn dessen Menge für die Turbinenleistung nicht mehr ausreicht, öffnet der dritte Schieber den Einlaß für den Frischdampf. Fig. 48 zeigt in Ansicht eine 1000 KW-Serie-Parallelstrom-Turbine.

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Mit einer solchen Serie-Parallel-Abdampfturbine von 1000 KW-Leistung und 1500 Umdr. wurden die Ergebnisse (Tab. 5) erzielt. (Zeitschrift f. d. ges. Turbinenwesen 1910, S. 114.)

Tabelle 5.

Versuche
mit Frisch-
dampf

Versuche mit Abdampf
Belastung KW 1045 425 1039 976 698 498
Dampf verbrauch kg/Std. 8862 4509 16992 16471 13116 11060
Dampfdruck kg/qcm abs. 13,2 6,75 1,07 1,0 0,77 0,65
Dampftemperatur°C 232 216,5 100 99 92,1 87,8
Vakuum kg/qcm abs. 0,0931 0,107 0,096 0,093 0,090 0,101
Temperat. d. Abdampfes°C 44,3 47 44,7 44,4 43,3 45,7
Umdrehungen i. d. Min 1400 1400 1393 1399 1397 1399
Dampfverbr. f. d. KW/Std. kg 8,48 10,61 16,35 16,87 18,8 22,2

Der thermische Wirkungsgrad berechnete sich, nachdem der Wassergehalt des Abdampfes zu 9,5 v. H. bestimmt war, zu 65 v. H. bei 498 KW und zu 68 v. H. bei 1039 KW, trotzdem die Turbine bei den Versuchen nicht mit der normalen Tourenzahl laufen konnte. Die Abdampfturbine nutzte den Dampf von zwei Auspuffkolbenmaschinen von je 2000 PS aus, deren Oekonomie durch Zuschalten der Turbine bei voller und halber Last um etwa 60 v. H. verbessert worden ist.

Für kleinere Leistungen führt die Maschinenfabrik Oerlikon Turbinen mit nur einer oder zwei Druckstufen mit zwei bis drei Geschwindigkeitsstufen aus, und zwar sowohl für Auspuff- wie für Kondensationsbetrieb (s. Fig. 49). Die Bauart der Laufräder ist diejenige der Curtis-Turbine der A. E. G. Die Maschinen erhalten Ringschmierlager mit Weißmetallausfutterung. Der Regulator wirkt direkt auf das Regulierventil ein und erhält seinen Antrieb durch ein Schneckengetriebe von der Hauptwelle aus. Nur das Halslager der Regulatorspindel wird mit Drucköl versorgt, das von einer rotierenden Oelpumpe geliefert wird. In dieser Ausführung werden die Turbinen in acht Größen von 5 bis 500 PS gebaut für eine Tourenzahl von 1000 bis 10000 i. d. Min. Bei Versuchen, die an einer derartigen Turbine von 40 PS von 4500 Umdr. angestellt worden sind, wurde ein thermischer Wirkungsgrad bei 1,4 at abs. Gegendruck von 40 v. H. festgestellt; bei dem Versuch konnte die Turbine nur mit 4000 Umdr. betrieben werden. Eine andere, ähnliche Turbine von 100 PS mit 3500 Umdr. wies bei einem Gegendruck von 1,4 at abs. einen thermischen Wirkungsgrad von 56 v. H. auf, ein für diese Größe sehr günstiges Resultat. Fig. 49 zeigt eine 40 PS-Turbine, Fig. 50 eine 55 PS-Turbine mit einer Zentrifugalpumpe für Kesselspeisung gekuppelt. Hier wirkt das Druckwasser der Pumpe direkt auf den Dampfeinlaßschieber der Turbine ein; ein besonderer Regulator fällt hier weg, da es ja hier nicht auf das Konstanthalten der Tourenzahl, sondern darauf ankommt, daß bei jedem Druck in den Kessel gespeist werden kann.

(Schluß folgt.)

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