Titel: BERNSTEIN: Die Fortschritte auf dem Gebiete der Drucklufterzeugung usw.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1912, Band 327 (S. 337–339)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj327/ar327109

DIE FORTSCHRITTE AUF DEM GEBIETE DER DRUCKLUFTERZEUGUNG UND DEREN WIRTSCHAFTLICHE BEDEUTUNG.

Von Oberingenieur P. Bernstein, Köln.

Inhaltsübersicht.

Entwicklungsgang und Wirkungsweise der Turbokompressoren; Bauarten, Anordnungen des Rotors. Verschiedene Arten der Wasserkühlung; Entlastungsvorrichtungen. Regulierungsmethoden, Charakteristiken und sonstige Betriebseigenschaften. Wärmewirkungsgrade. Versuchs- und Betriebsergebnisse ausgeführter Anlagen.

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I. Turbokompressoren.

Die Fortschritte auf dem Gebiete der Drucklufterzeugung betreffen in erster Linie die Verbesserungen an den Kompressionsmaschinen, von deren Güte die Wirtschaftlichkeit der Druckluftanlage wesentlich beeinflußt wird.

Der einschneidendste und für die Entwicklung bedeutsamste Fortschritt ist wohl die Einführung und Verwendung des Rotationsprinzips im Bau von Großkompressoren. Darunter versteht man Maschinen von etwa 6000 bis 8000 cbm stündlicher Saugleistung und darüber.

Man sollte meinen, daß, nachdem es gelungen, die Dampfturbine auf ihre heutige Vollkommenheit zu bringen, es nur ein Schritt war von dieser zum Turbogebläse bezw. Turbokompressor. Waten doch die Hauptschwierigkeiten, die der Einführung der rotierenden Maschine im Wege standen, glänzend überwunden. Daß hohe Umdrehungen und Umfangsgeschwindigkeiten für den praktischen Betrieb unbedenklich sind, bewies die Laval-Turbine mit ihren 30000 minutl. Umdrehungen und 350 m Umfangsgeschwindigkeit. Die modernen Hilfsmittel der Technik, darunter vorzügliche bei der Dampfturbine erprobte Baumaterialien von den erforderlichen Festigkeitseigenschaften in Verbindung mit vervollkommneten Fabrikationsmethoden, standen zur Verfügung. Trotzdem die Bahn geebnet war, kam man nicht vorwärts; es bedurfte erst vieler Proben und Versuche, um die noch bis vor kurzem vorherrschende Ansicht, daß Kreiselmaschinen zur Erzeugung höherer Luftpressungen ungeeignet seien, durch Tatsachen zu widerlegen.

Bei den Versuchen fehlte es nicht an Irrtümern, von denen der von Parsons selbst begangene nicht ohne Interesse ist und besonders hervorgehoben zu werden verdient. Der geniale Konstrukteur der Dampfturbine ging empirisch vor, indem er das Turbogebläse ohne weiteres als reine Umkehrung seiner Dampfturbine baute. Das mehrstufige Turbogebläse Parsonsscher Bauart bestand in der bekannten Anordnung einer Reihe von Laufrädern, von denen jedes am Umfang eine große Anzahl kurzer Schaufeln trug; zwischen den Schaufelkränzen waren die am Gehäuse befestigten Leitvorrichtungen angebracht. Die zu komprimierende Luft durchströmte das Lauf- und Leitradsystem in achsialer Richtung. Die Kompression wurde hierbei in grundsätzlich unrichtiger Weise durch Stoß bewirkt und nicht, wie es naheliegend und heute selbstverständlich scheinen möchte, durch stoßfreie Ueberführung der kinetischen in potentielle Energie.

Parsons unterschätzte ferner die Undichtheitsverluste des mehrstufigen Turbokompressors, die bei achsialer Luftführung am größten ausfallen, weil die Abdichtungen an die größten Laufraddurchmesser verlegt werden mußten. Die bezüglichen Verluste bei der Dampfturbine werden bekanntlich wieder eingebracht, indem der entweichende Dampf in den folgenden niederen Stufen im Laufe des Prozesses noch Expansionsarbeit verrichtet und ausnutzbare Wärme an den Arbeitsdampf abgibt. Im Gegensatz zur Dampfturbine muß bei dem Turbokompressor die in die niedere Stufe zurückentweichende Luft von neuem komprimiert werden, außerdem bewirkt sie eine schädliche Erwärmung der Ansaugeluft, was einen bedeutenden Mehraufwand an Arbeit für ein gegebenes Luftgewicht verursacht. Ein geringer Wirkungsgrad, welcher weit hinter dem der Kolbenmaschine zurückblieb, war bei dem Parsonssystem unvermeidlich. Der Firma Brown-Boveri, die seinerzeit den Bau von Parsons-Maschinen aufnahm, gelang es daher nicht, diese in Deutschland einzuführen.

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Erst Professor Rateau, Paris, der sich als Bergingenieur seit Jahren mit der Konstruktion von Grubenventilatoren befaßte, zeigte den Weg zur Weiterentwicklung des mehrstufigen Turbokompressors. Schon der erste von ihm im Jahre 1900 erprobte, mit Dampfturbine direkt gekuppelte Hochdruckventilator war ein Erfolg, indem in einem einzigen Rad ½ at Ueberdruck erzielt wurde. Der erste im Jahre 1905 auf dem französischen Bergwerke Bethune in Betrieb genommene mehrstufige Rateau-Kompressor, welcher mit Leitapparat und zugleich mit wirksamer Luftkühlung versehen war, wies auch bereits einen günstigen Wirkungsgrad auf.

Textabbildung Bd. 327, S. 338

Das Kennzeichnende des vorbildlich gewordenen Kompressors Rateauscher Bauart entnehmen wir der Fig. 1, die ein Element eines mehrzelligen Gebläses in der typischen Anordnung der Firma Brown-Boveri darstellt. Dieses besteht aus dem Laufrad und dem es umgebenden Diffusor; letzterer bildet einen Ringkanal, der im Längsschnitt eine ∪-Form aufweist. Die zu komprimierende Luft tritt an der Nabe des ersten Laufrades zentral ein und wird aus diesem in radialer Richtung in den Diffusor fortgeschleudert. Das der Austrittsgeschwindigkeit entsprechende Arbeitsvermögen der Luft wird im ersten Teil des Diffusors in Druck umgewandelt. Von dem äußeren Umfang des Ringraumes wird die Druckluft durch den mit Leitschaufeln versehenen Rückkehrkanal nach der Mitte des nächstfolgenden Rades geführt, wobei die Rotationskomponente ihr entzogen wird, von diesem erfaßt, in das dritte Rad geleitet und so fort, bis sie sämtliche Laufräder passiert, um, vom letzten Diffusor auf den Enddruck gebracht, in die Druckluftleitung ausgestoßen zu werden. Der Luftdruck nimmt also von einem Kreiselrad zum anderen nach dem Durchgang durch die Diffusoren zu, deren Anzahl je nach der Höhe des zu erzeugenden Kompressionsdruckes und nach der durch die Leistung und die Art des Antriebs gegebenen Umlaufzahl zwischen 1 bis 20 und noch mehr schwankt. Das Laufrad besteht aus einer Scheibe aus Nickelstahl, an die die stählernen Schaufeln angenietet sind, die ihrerseits eine entsprechende stählerne Begrenzungsfläche tragen.

Dieser ähnlich ist die Radkonstruktion der Gutehoffnungshütte, während die Allgemeine Elekrizitäts-Gesellschaft zwei volle Scheiben mit dazwischen angenieteten schmiedeeisernen Schaufeln verwendet (s. Fig. 2). Bei Jaeger-Plagwitz sind die Stirnwände des Rades mit der Radnabe nicht fest verbunden, sondern die eine Seitenwand ist durch einen Ring a festgeklemmt. Damit wird bezweckt, daß das ganze Rad sich in radialer Richtung frei ausdehnen kann, ohne daß Verbiegungen in achsialer Richtung auftreten können. (Fig. 3).

Textabbildung Bd. 327, S. 338
Textabbildung Bd. 327, S. 338

Was die Schaufelform des Laufrades betrifft, so wird übereinstimmend die rückwärts gekrümmte Schaufel bevorzugt, da bei dieser neben einem geringen Kraftbedarf die später noch zu erörternde Labilität des Kompressors nicht so schnell eintritt als bei der vorwärts gekrümmten Schaufel, obwohl mit letzterer im allgemeinen höhere manometrische Drucke erzeugt werden.

Fig. 4 zeigt im Längsschnitt einen neunstufigen Kompressorkörper der A. E. G. Durch den linken Saugstutzen eintretend, durchströmt die Luft hintereinander das Rädersystem, deren Abmessungen mit fortschreitender Kompression und abnehmendem Luftvolumen sich entsprechend verringern; auf den Enddruck gebracht, verläßt sie den Kompressor durch den rechten Druckstutzen.

Ist bei dem seitherigen Verfahren, die Luft durch hin- und hergehenden Kolben zu verdichten, der Verringerung des Arbeitsbedarfs und der Erhöhung der Betriebssicherheit wegen eine Abführung der entstehenden Kompressionswärme erforderlich, so ist dies beim Turbokompressor |339| geradezu unerläßlich. Infolge der hohen Luftgeschwindigkeiten von etwa 150 m und darüber ist die entstehende Reibungswärme bedeutend, so daß der polytropische Exponent, insbesondere in den Niederdruckstufen, weit über den adiabatischen Exponenten und demgemäß die Lufttemperatur über das betriebstechnisch zulässige Maß hinaussteigt. Es wird daher die größte Sorgfalt der wirksamen Luftkühlung zugewandt.

Textabbildung Bd. 327, S. 339

Jedes Kompressorelement der Fig. 4 ist mit Wasserkühlung versehen. Das Kühlwasser wird in die inneren und äußeren Zwischenräume der doppelwandigen Leitkörper durch einzelne Abzweige einer dem Gehäuse entlang verlegten Kühlleitung zugeführt. Auf diese Weise wird die in den einzelnen Stufen entstandene Erwärmung der Luft zum größten Teil sofort abgeführt.

Textabbildung Bd. 327, S. 339
Textabbildung Bd. 327, S. 339

Bei der Bauart der Firma Brown-Boveri (Fig. 5 und 6), die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Lauf- und Leiträder in ein in der wagerechten Mittelebene geteiltes Gehäuse eingesetzt sind, wird der Umlauf des Kühlwassers dadurch bewirkt, daß die äußeren Kühlräume K der oberen und unteren Gehäusehälfte sowie die ersteren mit den inneren Kühlräumen J der Leiträder durch gut abdichtende Rohrverschraubungen r miteinander verbunden sind. Das Kühlwasser wird an zwei Stellen zugeführt, und zwar an der Saug- und Druckseite des Kompressors. Der Kühlwasserstrom, an der Druckseite durch den Stutzen des oberen Deckels d1 eintretend, durchzieht hintereinander die Kühlräume K und J im Gegenstrom mit der Druckluft; der Abfluß erfolgt durch den Stutzen des unteren Deckels d2. Die Entlüftung der einzelnen Wasserkammern geschieht durch die in den Scheidewänden des Kühlmantels. angebrachten Oeffnungen l, wobei die sich ansammelnde Luft durch die am oberen Deckel in der Mitte des Kompressorkörpers befindlichen Entlüftungsrohre abzieht.

Die Firma Jaeger verwendet besondere Kühlschlangen aus Messing, die in konzentrischen Windungen zwischen jede Radstufe des Kompressors herausnehmbar und auswechselbar eingesetzt sind.

(Fortsetzung folgt.)

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