Titel: BERNSTEIN: Die Fortschritte auf dem Gebiete der Drucklufterzeugung usw.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1912, Band 327 (S. 353–357)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj327/ar327114

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

Von Oberingenieur P. Bernstein, Köln.

(Fortsetzung von S. 339 d. Bd.)

Von den Vorrichtungen, die zur Beseitigung des durch die Flächenungleichheit der Laufräder verursachten Achsialschubes, der sich bekanntlich in einem Verschieben des Laufwerkes nach der Saugseite hin äußert, dienen, sind folgende hervorzuheben:

Die Entlastung von Brown-Boveri (Fig. 5) besteht darin, daß eine am Ende des Gehäuses auf der Welle verschraubte Entlastungsscheibe a auf ihren beiden Stirnseiten mit Labyrinthen z1 und z2 versehen ist. Die Scheibe rotiert zwischen dem im Gehäuse festsitzenden Teile t und einer verstellbaren Büchse t2, welche beide labyrinthartige Gegendichtungen zu z1 und z2 tragen. Die Büchse t2 wird bei der Montage für den jeweiligen Betriebsdruck eingestellt. Der Entlastungsvorgang ist nun folgender: Der am Austritt des letzten Laufrades herrschende Kompressionsdruck pflanzt sich durch den Spalt zwischen Laufrad und Diffusor auf die Außenseite der vollen Laufradscheibe fort. Im Raum s1 wirkt dieser Druck auf die Entlastungsscheibe und drückt mit ihr das ganze Laufsystem in entgegengesetzter Richtung zu dem vorhandenen Achsialschub aller einzelnen Laufräder. Auf die Rückseite der Entlastungsscheibe wirkt ein Druck, der infolge der durch die Labyrinthdichtung hervorgerufenen Drosselung wesentlich geringer ist als der Betriebsdruck. Sobald sich die Scheibe in der Pfeilrichtung verschiebt, wird der Durchgangsquerschnitt des Labyrinths z1 erweitert, derjenige von z2 verringert; der Druck in s1 sinkt, während der in s2 steigt und entgegen der Pfeilrichtung den Achsialschub so lange unterstützt, bis zwischen dem Radschube und dem von der Entlastung ausgeübten Druck Gleichgewicht hergestellt ist. Die selbsttätige Einstellung des Druckausgleichs erscheint auch bei sich änderndem Betriebsdruck gesichert, wobei ganz geringe Verschiebungen der Welle von nur einigen Zehntel mm eintreten. Der Verlust an Druckluft ist hierbei belanglos, wie dies sich an dem Abzugsrohr feststellen läßt.

Textabbildung Bd. 327, S. 353

Bei dem Kompressor der A. E. G. wird der Druckausgleich durch einen Entlastungskolben bewerkstelligt (s. Fig. 4). Der Kolben, der hinter dem letzten Laufrad aufgekeilt ist, trägt an einem Umfange eine Labyrinthdichtung. Die eine Seite des Kolbens steht unmittelbar mit dem Austritt des letzten Schaufelrades, die andere Seite mit dem Saugstutzen des Kompressors in Verbindung, |354| so daß der ganze Ueberdruck auf die Kolbenflächen dem Achsialdruck entgegenwirkt. Die Kolbenfläche ist so bemessen, daß der Achsialschub durch den Gegendruck aufgehoben wird.

Es wird auch vielfach dem Achsialschube dadurch zu begegnen gesucht, daß man die in getrennten Kompressorzylindern geschalteten Radgruppen gegeneinander arbeiten läßt, wobei Niederdruck- und Hochdruckkörper mit den Austrittsseiten gegeneinander angeordnet sind. Auch kann man die Leistung in zwei Hälften zerlegen, wobei die beiden Hälften in einem Zylinder mit getrennten Saugkanälen und gemeinsamem Druckraum versehen werden, wie dies beim Doppel-Turbogebläse ohne Kühlung von Brown-Boveri (Fig. 7) veranschaulicht ist. Die vier linken Räder erzeugen einen nach links, die vier rechten Räder einen nach rechts gerichteten Achsialschub. Diese einfach erscheinende Lösung hat allerdings zur Voraussetzung, daß die gegengeschalteten Radgruppen präzis gleiche Abmessungen besitzen und einander völliges Gleichgewicht halten. Es wird der Sicherheit halber in der Regel noch ein Kammlager angebracht, das einen etwa noch vorhandenen Rest des einseitigen Druckes aufzunehmen hat.

Textabbildung Bd. 327, S. 354
Textabbildung Bd. 327, S. 354

Was den äußeren Aufbau des Turbokompressors betrifft, so dienten hierfür die baulichen Einzelheiten, wie Lagerung, Schmierung usw., die sich bei den älteren Turbomaschinen – der Dampfturbine und der Kreiselpumpe – bewährt haben, als Vorbild. Erwähnt sei nur noch, daß in der Regel nicht mehr als zwölf Räder in einem Kompressorgehäuse untergebracht werden. Wenn die Zahl der Räder größer als zwölf bis vierzehn ausfällt, so wird eine Unterteilung in zwei und noch mehr Gehäuse vorgenommen, die auf gleicher Achse oder auf parallelen Achsen angeordnet sind. Fig. 8 zeigt den dreigehäusigen Kompressor von 6000 cbm Stundenleistung der Firma Brown-Boveri für Zeche Simon in Klein-Rosseln, wobei die drei Körper auf einer Achse mit der Antriebsturbine aufgestellt sind. Jeder Kompressorkörper erhält seine Welle, die in zwei seitlichen Lagern läuft, die als Ringschmierlager oder normale Traglager |355| ausgebildet und mit Druckölschmierung versehen sind, die einzelnen Wellen werden durch nachgiebige Kupplungen miteinander verbunden.

Im übrigen gestaltet sich der Zusammenbau mit der Antriebmaschine, sei es Dampfturbine oder Elektromotor, zu einem harmonischen Ganzen, wobei die Vorteile der Kreiselmaschine auf der Antrieb- und Arbeitsseite in gleicher Weise zur Geltung gelangen. Fig. 9 veranschaulicht einen Maschinensatz, bestehend aus Kompressor und Dampfturbine, auf gemeinsamer Grundplatte montiert, wie er von der A. E. G. auf den Markt gebracht wird. In dem Fundament ist links die Kondensation und rechts der Röhrenzwischenkühler für die Luft auf dem Wege vom Niederdruck- zum Hochdruckteil untergebracht.

Die zweckmäßige Umdrehungszahl ist je nach der Leistung des Kompressors verschieden. Große und größte Einheiten von 20000 bis 40000 cbm und 5 bis 8 at Enddruck führt man normal mit 3000 Touren i. d. Min. aus. Für Luftmengen von etwa 8000 bis 20000 cbm sind 3800 Umdrehung, zweckmäßig, während kleinere Einheiten bis zu 4000 cbm herab mit etwa 4000 bis 5000 Umdrehungen konstruiert werden. Kleinere Einheiten erhalten größere Tourenzahlen, um bei tunlichster Einhaltung der vorteilhaften Umfangsgeschwindigkeit mit den Raddurchmessern heruntergehen zu können, soweit als dies die Ausführbarkeit der Radbreiten bedingt. Größere Raddurchmesser würden wegen geringerer Luftmenge zu nicht herstellbaren Austrittsquerschnitten führen. Für Leistungen unterhalb 4000 cbm ergeben sich bei höheren Kompressionsdrucken einerseits übermäßig hohe Umdrehungszahlen, die für direkte Kupplung ungeeignet sind, oder andererseits eine zu große Räderzahl. Die Vermehrung der Radstufen verteuert die Maschine und verschlechtert den Wirkungsgrad, da die Ueberströmverluste bedeutend werden.

Auch bei geringen Kompressionsdrucken ergeben sich für die Konstruktion der Turbogebläse für geringe Gasmengen, sofern sie aus dem Vakuum ansaugen und daher das Druckverhältnis bedeutend ausfällt, grundsätzliche Schwierigkeiten; die erforderliche Umdrehungszahl für die gleiche Drucksteigerung, die dem spezifischen Gewicht umgekehrt proportional ist, wird zu groß.

Je nach den Bedürfnissen des Betriebes wird der Kompressor mit einer Regulierung auf gleichbleibenden Leitungsdruck oder auf gleichbleibende Luftmenge versehen.

Bei Regulierung auf konstanten Druck wird ein durch Federn oder Gewichte einstellbarer Steuerkolben in Abhängigkeit von dem jeweiligen Luftdruck in dem Leitungsnetz in seiner Stellung beeinflußt und von ihm ein Servomotor, der die Steuerung der Antriebsturbine bezw. die Stellung des Regulierwiderstandes des Elektromotors entsprechend betätigt.

Textabbildung Bd. 327, S. 355

Die A. E. G. verwendet einen kleinen Kolben a, der mit absichtlich angebrachten Undichtigkeiten in einem Zylinder gleitet und mit dem Regulatorhebel verbunden ist (siehe Fig. 10). Er vermag die Regulatormuffe zu belasten oder zu entlasten, je nach der Wirkung, die auf ihn selbst ausgeübt wird. Diese Wirkung erhält er von der Druckluft, die der einen Seite des Kolbens durch ein Rohr b vom Druckstutzen aus zugeführt wird, während die andere Seite mit einem kleinen Ventil versehen ist, das bei normalem Enddruck des Kompressors abzublasen beginnt. Steigt der Leitungsdruck, so wird der Regulator entlastet und demzufolge das Dampfeinlaßventil c vermittels des Servomotors d geschlossen, die Tourenzahl sinkt und mit ihr der Druck im Netz. Das Umgekehrte findet statt, wenn der Luftdruck im Netz unterhalb des normalen Betriebsdrucks sinkt; jetzt geht der Kolben herunter, mit ihm die Regulatormuffe, der Dampfeinlaß wird mehr geöffnet, die Turbine läuft rascher, der Druck steigt an. Das kleine Ventil am Steuerkolben bläst bei normalem Enddruck ab. Außer der selbsttätigen Tourenregulierung kommt noch eine Regulierung von Hand durch Drosseln in der Saug- und Druckleitung in Anwendung.

Bei Regulierung auf konstante Luftförderung wird der Ausschlag eines Regulierkolbens auf die Steuerung der Turbine oder auf den Regulierwiderstand des Elektromotors benutzt, und zwar wird die Bewegung des Kolbens durch den Druckunterschied hervorgerufen, der vor und hinter dem in die Druckleitung eingebauten Düsensystem herrscht (s. Fig. 11.). Diese von Rateau ersonnene und als Multiplikator bezeichnete Vorrichtung beruht darauf, daß der Strömungsdruck in den ineinander geschalteten Düsenmündungen von abnehmenden Querschnitten sich sehr stark verringert: er ist in a etwa gleich dem Leitungsdruck, in b geringer und in der innersten Düse c am geringsten. Von der Stelle geringsten |356| Druckes geht ein Rohr nach der oberen Seite eines Regulierkolbens, von einer zweiten Stelle hinter dem Multiplikator mit normalem Leitungsdruck ein zweites Rohr. Der Unterschied zwischen Leitungsdruck und umgeformtem Drucke wird durch Feder und Gewichtsbelastung ausgeglichen. Bei gleicher Durchflußmenge wird die Lage des eingestellten Kolbens unverändert bleiben. Aendert sich aber die Luftmenge und damit die Durchflußgeschwindigkeit, so ändert sich auch der Druckunterschied im quadratischen Verhältnis, mithin die Kolbenstellung. Dieser künstlich vermehrte Druckunterschied zwischen Leitungsdruck und der inneren Düse ist bedeutend und ausreichend zur Einleitung eines Reguliervorganges. Durch den der jeweiligen Durchflußmenge entsprechenden Druckunterschied wird dann die Kolbenstellung verändert und der Drehpunkt des mit dem Geschwindigkeitsregler verbundenen Hebelsystems verlegt, wodurch der Steuerhebel des Servomotors in Tätigkeit tritt. Die Figur veranschaulicht den Multiplikator in Verbindung mit der Steuerung einer Zweidruckturbine, die von Rateau bei einem 2000 PS-Gebläse in Biscaya-Spanien ausgeführt wurde. Die beiden entlasteten Dampfabsperrorgane für Abdampf und Frischdampf werden durch eine zusammenhängende Hebelanordnung bald im gleichen, bald im entgegengesetzten Sinne betätigt. Der Regulator ist mit dem Hebelmechanismus durch Vermittlung des Servomotors verbunden. Sinkt die Regulatormuffe, so wird zunächst das Niederdruckventil mehr geöffnet, und wenn dies nicht ausreicht, auch das Hochdruckventil. Beim Anwachsen der Geschwindigkeit steigt die Regulatormuffe, wodurch zunächst ein Schließen des Frischdampfeinlasses und dann eine Drosselung des Abdampfeinlasses bewirkt wird; die Maschine arbeitet als reine Niederdruckturbine. Außerdem bewirkt der unter dem veränderlichen Druck des Wärmespeichers stehende Servomotor bei Abdampfmangel das Schließen des Niederdruckventils und gleichzeitig das Oeffnen des Hochdruckventils, so daß nur mit Hochdruckdampf gearbeitet wird.

Textabbildung Bd. 327, S. 356
Textabbildung Bd. 327, S. 356

Während die Regulierung auf gleichbleibenden Druck der bekannten Leistungsregulierung an Kolbenkompressoren entspricht, wird die zweite Art der Regulierung beim Parallelbetrieb von Turbokompressoren oder solchen von Turbo- und Kolbenkompressoren verwendet, wo es darauf ankommt, daß alle Maschinen an der Luftförderung ins gemeinsame Netz teilnehmen. Eine Tourenregulierung genügt hier nicht, da beim Turbokompressor die Einstellung auf eine bestimmte Tourenzahl weder eine bestimmte Luftlieferung, noch eine Luftlieferung überhaupt verbürgt. Dies im grundsätzlichen Gegensatz zum Kolbenkompressor, der bei gegebenem Luftdruck eine der Tourenzahl proportionale Luftmenge liefert. Wie eine Betrachtung der Charakteristiken von Turbokompressoren verschiedener Bauart lehrt, ist die Liefermenge bei gegebenem Leitungsdruck bezw. Tourenzahl nicht eindeutig bestimmt. Es können vielmehr, wie beispielsweise die Charakteristik I des Kompressors von Brown-Boveri für de Wendel in Klein-Rosseln, wie Fig. 12 zeigt, bei etwa 5,9 at Leitungsdruck sich zwei Liefermengen |357| von 1250 cbm und 5800 einstellen und bei einem Druck von 5,7 at die Förderung ganz aufhört oder 6500 cbm beträgt. Es ist in Uebereinstimmung mit der Theorie durch Versuch festgestellt, daß das Verhalten der Turbomaschine bei Betriebszuständen, die auf verschiedenen Seiten des Druckmaximums der Charakteristik liegen, ein wesentlich verschiedenes ist. Während der Kompressor bei geringen Fördermengen, die dem linken ansteigenden Ast der Kurve entsprechen, sich labil verhält, d.h. eine dauernde Luftförderung in das Leitungsnetz nicht gewährt, wird er bei größeren Fördermengen, die dem rechten abfallenden Ast der Kurve entsprechen, stabil und auch bei veränderlichem Leitungsdruck effektiv Luft fördern. Durch die Regulierung in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit und nicht vom Strömungsdruck in der Leitung wird verhindert, daß der Kompressor beim Parallelbetrieb in den labilen Betriebszustand verfällt. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit und zur Verhinderung des nachteiligen Pendelns und stoßweisen Arbeitens des Kompressors bei sich stark verringerndem Luftverbrauch ist außerdem ein Notauslaß angebracht, der selbsttätig einen Teil der angesaugten Luftmenge ins Freie entweichen läßt (s. Fig. 13). Die Wirkung dieses Abblaseventils oder Leistungsventils ist kurz die, daß ein Ventilteller a, der senkrecht zur Luftströmung im Druckrohr beweglich angeordnet ist, einen verschieden starken Druck durch die strömende Luft erfährt, wenn ihre Menge sich ändert. Durch Hebel und Welle werden die Bewegungen des Tellers, denen eine außen am Ventil angebrachte Feder das Gleichgewicht hält, auf einen Kolbenschieber b übertragen, der je nach seiner Stellung eine Verbindung des Druckraums mit der Atmosphäre herstellt oder diese abschließt. Ist die an der Verbrauchsstelle benötigte Druckluftmenge größer als jener kritische Betrag, bei dem die Förderung unsicher wird, bezw. aufhört, so genügt der auf den Teller ausgeübte Strömungsdruck, um die Federkraft zu überwinden und den Kolbenschieber in eine Stellung zu bringen, bei der die ganze Luftmenge, die der Kompressor erzeugt, in das Netz gefördert wird. Sinkt aber der Bedarf unter die kritische Grenze, so nimmt der Druck auf den Teller ab; jetzt überwiegt die Federspannung, sie verschiebt den Kolbenschieber so, daß eine mehr oder weniger große Oeffnung freigegeben wird, durch die ein Teil der Luft ins Freie entweicht. Der Kompressor hat demnach eine größere Luftmenge anzusaugen, als ihm in der Verbrauchsstelle abgenommen wird; hierdurch wird das gefährliche Pendeln vermieden, bei dem sich infolge der hin- und hergeschleuderten Luftsäule heftige Stöße und sirenenartige Geräusche einstellen. Die Grenze der kritischen Liefermenge schwankt je nach der Bauart des Kompressors zwischen 30 bis 50 v. H. der Normalleistung. Bei dem von Dr. Havlick in der Z. d. V. d. I. 1910 beschriebenen Kompressor der Skoda werke von 4000 cbm Stundenleistung tritt die Labilität bei 2000 cbm, d.h. bei 50 v. H. der Normallieferung, ein.

Textabbildung Bd. 327, S. 357

(Fortsetzung folgt.)

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