Titel: KRAFT: Eine neuartige Schiffsmaschinenanlage.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1915, Band 330 (S. 381–383)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj330/ar330069

Eine neuartige Schiffsmaschinenanlage.

Von Dipl.-Ing. Kraft in Berlin.

Der turbo-elektrische Schiffsantrieb, der bisher gegenüber anderen, indirekt wirkenden Antriebssystemen wesentlich zurücktrat, gewinnt neuerdings merkbar an Interesse. Ein deutlicher Beweis dafür ist die Tatsache, daß sich die amerikanische Marine bei einem ihrer neuesten Linienschiffe für den elektrischen Propellerantrieb entschieden hat. Ein besonders eigenartiges Beispiel einer turboelektrischen Maschinenanlage zeigt der kürzlich von der Firma Lindholmens Verksted in Gotenburg gebaute schwedische Dampfer „Mjölnir“. Es ist dies ein für die Küstenfahrt bestimmter kleiner Frachtdampfer von 2225 t Wasserverdrängung, der die folgenden Abmessungen hat:

Länge zwischen den Loten 68,6 m
Größte Breite 10,97 m
Tiefgang 4,5 m

Seine Konstruktionsgeschwindigkeit beträgt bei einer an die Propellerwelle abgegebenen Leistung von oj> 900 WPS bei 90 Umläufen in der Minute 11 Knoten.

Bekanntlich setzt die Verwendung des indirekten Turbinenantriebes bei Frachtdampfern mit Rücksicht auf die geringe Höhe der Maschinenleistung und die wünschenswerte niedrige Propellerdrehzahl die Verwirklichung eines besonders hohen Uebersetzungsverhältnisses zwischen Turbine und Propeller voraus. Der Turbo-Transformatorantrieb scheidet deshalb bei Frachtdampferanlagen von vornherein aus. Aber auch die Verwendung einer Turbinenanlage mit Rädergetriebe, die versuchsweise bisher bei zwei Frachtdampfern zum Einbau gelangt ist, bietet, wenn das Uebersetzungsverhältnis so groß gewählt werden soll, daß noch ein nennenswerter wirtschaftlicher Gewinn gegenüber der Kolbenmaschine erreicht wird, recht große praktische Schwierigkeiten. Sie sind um so größer, je geringer die Maschinenleistung der Anlage ist., Bei ausgeführtenTurbinenanlagen mit Rädergetriebe kleiner Leistung sind heute schon bei den größten Uebersetzungsverhältnissen – sie liegen etwa zwischen 1 : 25 und 1 : 30 – Raddurchmesser von 3 bis 4 m erreicht worden. Eine nennenswerte Steigerung des Uebersetzungsverhältnisses scheint mit Rücksicht auf die Sicherung eines korrekten Eingriffes der Zahnräder nur unter Ueberwindung großer konstruktiver Schwierigkeiten möglich, ganz abgesehen von der mit wachsendem Durchmesser unverhältnismäßig rasch ansteigenden Gewichtszunahme derartiger Getriebe. Auch die Umfangsgeschwindigkeit, die bei schnellaufenden Getrieben mit kleinem Uebersetzungsverhältnis und mäßigem Raddurchmesser bis zu 30 bis 35 m/Sek. steigt, dürfte sich bei höheren Uebersetzungsverhältnissen ohne Gefährdung der Betriebssicherheit über die bisherige obere Grenze von etwa 15 m/Sek. hinaus kaum wesentlich erhöhen lassen. Es bliebe also nur der Weg der Hintereinanderschaltung mehrerer Getriebesätze offen. Ob diese Lösung gerade bei der Maschinenanlage eines Frachtdampfers jemals in Frage kommt, ist ziemlich zweifelhaft.

Der turbo-elektrische Antrieb erscheint hiernach bei Anlagen, die ein extrem hohes Uebersetzungsverhältnis fordern, allein zu erfolgreicher Verwendung berufen. Einmal bietet die Verwirklichung höchster Drehzahlen, namentlich bei Verwendung von Wechselstrommaschinen, praktisch keinerlei Schwierigkeiten. Andererseits läßt der Antrieb der Propellerwelle mittels eines Elektromotors nicht nur eine einfache und sichere Umsteuerung zu, sondern gewährleistet auch infolge der in gleicher Höhe wie bei Vorwärtsgang zur Verfügung stehenden Rückwärtsleistung eine gute Manövrierfähigkeit. Ist bei turboelektrischem Antrieb des Propellers das Uebersetzungsverhältnis zwischen Turbogenerator und Propellermotor |382| so groß, daß die Rücksicht auf das Gewicht des langsamlaufenden Motors, wie ihn der Propeller eines Frachtdampfers fordert, eine Erhöhung der Drehzahl des Motors wünschenswert macht, so erscheint allerdings auch hier die Einschaltung eines besonderen Getriebes zwischen Motor und Propellerwelle empfehlenswert. Zweckmäßig findet dann ein Rädergetriebe Verwendung. Derartige Anlagen mit doppelter Uebersetzung kommen natürlich nur für sehr kleine Maschinenleistungen in Frage. Da das Rädergetriebe nur für ein verhältnismäßig niedriges Uebersetzungsverhältnis zu entwerfen ist, so bietet sein Einbau weder konstruktive Schwierigkeiten, noch läßt er eine Verringerung der nötigen Betriebssicherheit befürchten.

Die vorstehend gekennzeichneten Gesichtspunkte haben die Richtlinien für den Entwurf der Maschinenanlage des Frachtdampfers „Mjölnir“ abgegeben. Er ist wie alle Frachtdampfer ähnlicher Größe als Einschraubenschiff gebaut. Für den Antrieb des Propellers dient eine turbo-elektrische Anlage mit Rädergetriebe zwischen Elektromotor und Propellerwelle. Die elektrische Kraftanlage besteht aus zwei Wechselstromgeneratoren mit einer Leistung von je 400 KW. Die beiden Generatoren erhalten ihren gemeinsamen Antrieb von einer Dampfturbine der Bauart Ljungström. Sie arbeiten mit einer Drehzahl von 6000 Umdrehungen in der Min. und liefern bei einer Frequenz von 100 Perioden eine Spannung von 500 Volt. Die zugehörige Erregermaschine ist außen auf einer der beiden Generatorwellen angeordnet.

Die als Antriebsmaschine verwendete Ljungström-Turbine1) ist eine Radialturbine vom Ueberdrucktyp. Sie besteht nur aus zwei gegenläufigen, fliegend auf ihren Wellen angeordneten Rädern. Jede der beiden Turbinenwellen ist mit einem Generator gekuppelt. Die Turbinenräder tragen je eine Reihe konzentrisch angeordneter, ineinander greifender Schaufelkränze, die derart zusammenarbeiten, daß wechselseitig je ein Schaufelkranz des einen Rades als Leitapparat des in radialer Richtung nach außen folgenden Schaufelkranzes des zweiten Rades dient. Dainfolge der Gegenläufigkeit der beiden Räder ihre relative Umfangsgeschwindigkeit den doppelten Betrag eines gleich großen Rades gleicher Drehzahl mit feststehendem Leitapparat erreicht, so ist es bei der Ljungström-Turbine möglich, bei gleichem Wirkungsgrade in jeder Stufe ein wesentlich größeres Wärmegefälle auszunutzen, als es die normale Ueberdruckturbine der Parsons-Bauart vermag. Die Folge ist eine erhebliche Verringerung der Stufenzahl, eine Verminderung der Verluste, also eine Verbesserung des Wirkungsgrades, und eine wesentlich gedrängtere und leichtere Bauart. Einen Einblick in die Konstruktion der eigenartigen Turbine geben die angefügten Abbildungen eines 1000 KW-Turbogenerators der Ljungström-Bauart (Abb. 1 und 2).

Textabbildung Bd. 330, S. 382

Die Ljungström-Turbine ist ihren besonderen Konstruktionsverhältnissen nach für die Ausnutzung hochüberhitzten Dampfes ganz besonders geeignet. Bei der Maschinenanlage des Dampfers „Mjölnir“ ist dementsprechend eine Ueberhitzung von 150° zugrunde gelegt. Der Dampfüberdruck am Kessel beträgt 15,5 at. Für die Dampferzeugung dienen zwei Einender-Zylinderkessel mit einer Gesamtheizfläche von 180 m2, die mit künstlichem Zug nach System Howden arbeiten.

Die Propellerwelle, die bei normaler Leistung 90 Umläufe i. d. Min. macht, wird, wie bereits erwähnt, unter Verwendung eines Zahnrädergetriebes indirekt elektrisch angetrieben. Das Getriebe hat ein Uebersetzungsverhältnis 1 : 10. Mit dem auf die Schraubenwelle aufgekeilten Rade stehen zwei Ritzel im Eingriff, deren Wellen von je einem Asynchronmotor angetrieben werden. Die Motoren arbeiten bei dem gewählten Uebersetzungsverhältnis unter normalen Verhältnissen also mit 900 Umdrehungen in der Minute. Das gesamte Uebersetzungsverhältnis zwischen Propeller und Turbine berechnet sich mit Rücksicht darauf, daß infolge der Gegenläufigkeit ihrer beiden Laufräder die Turbine selbst ein Uebersetzungsverhältnis von 1 : 2 liefert, zu 90 : 2 . 6000 = 1 : 133,3. Die Verwirklichung eines derartig hohen Verhältnisses zwischen Propeller- und Turbinendrehzahl ist natürlich bei anderen Antriebssystemen praktisch ausgeschlossen.

Dem hohen Uebersetzungsverhältnis und der Höhe |383| der Ueberhitzung entsprechend ist bei der „Mjölnir“-Anlage ein relativ niedriger Dampfverbrauch zu erwarten, der jedenfalls weitaus niedriger ist als bei Kolbenmaschinenanlagen. Irgendwelche Dampfverbrauchswerte sind von der neuen Anlage bisher nicht bekannt ge worden. Zieht man indessen die bei ausgeführten Ljungström-Turbogeneratoren ermittelten Meßwerte zum Vergleich heran, so scheint die Gewährleistung eines Dampfverbrauchs von höchstens 4,5 kg/WPS-Std., bezogen auf die an die Propellerwelle abgegebene Leistung, nicht ausgeschlossen.

Textabbildung Bd. 330, S. 383

Eine Unterstützung findet dieser Schätzwert in einigen Angaben über den Kohlenverbrauch der neuen Anlage. Bei einer mehrstündigen Vergleichsfahrt, die von dem Dampfer „Mjölnir“ und seinem mit einer Dreifachexpansionsmaschine ausgerüsteten Schwesterschiff „Mimer“ ausgeführt wurde, ergab sich für den Dampfer mit indirektem Propellerantrieb gegenüber dem Kolbenmaschinenschiff ein Minderverbrauch von nicht weniger als 35 v. H. Gewährleistetwar eine Verringerung des Kohlen Verbrauchs von 30 v. H. Da der auf die effektive elektrische Leistung bezogene Kohlenverbrauch der „Mjölnir“-Anlage zu 0,4 kg/PSe-Std. ermittelt wurde, wird man ihn für die an die Propellerwelle abgegebene Leistung etwa auf 0,48 kg/WPS-Std. schätzen können. Rechnet man im Höchstfalle mit einer neunfachen Verdampfung der Kesselanlage, so ergibt sich hiernach ein Dampfverbrauch von etwa 4,3 kg/WPS-Std., ein Wert, der also noch unter dem obengenannten Schätzwert bleibt.

Jedenfalls zeigt die Maschinenanlage des Frachtdampfers „Mjölnir“, daß der turbo-elektrische Antrieb mit gewissen Modifikationen auch bei langsamlaufenden Schiffen wirtschaftlich zu sehr beachtenswerten Ergebnissen führt. Wieweit eine derartige hochwertige Maschinenanlage sich den sonstigen Forderungen des Bordbetriebes gerade bei Frachtdampfern anpaßt, bedarf natürlich weiterer Erfahrungen.

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The Ljungström Steam-Turbine. Engineering 12./4. 12 u. flg. – Hoefer, Die Ljungström-Dampfturbine. Zeitschr. f. d. ges. Turbinenwesen 30./7. 12 u. flg.

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