10. Juli 1909. Versuche von Stodola an einer Rateau- und einer Zoelly-Turbine von je 500 PSe (Stodola, 3. Aufl. S. 297 und 264). Um die Verhältnisse der Gefällverteilung und Leistungsverschiebung in einer Turbine bei Drosselregelung noch weiter klar zu legen, habe ich diese Versuche mit Hülfe des Mollierschen Diagrammes nachgerechnet. Da bei beiden Versuchen Angaben über die Temperaturen des Dampfes in den Zwischenstufen fehlen, konnte das indizierte Gefäll einer Stufe wie bei den Versuchen von Schröter rechnerisch nicht festgelegt werden. Um jedoch auch hier ein Urteil über die qualitativen Verhältnisse zu gewinnen, wurden die einzelnen Gefälle einfach auf der durch den Anfangspunkt gehenden Adiabate abgemessen. Das Wärmegefälle in der ersten Stufe erhält man damit genau, während die übrigen Abschnitte wegen der Divergenz der Isobaren im JS-Diagramm etwas kleiner sind als die wirklich in einer Stufe auftretenden Gefälle. Da jedoch diese Divergenz nur gering ist, kann ein Fehler in qualitativer Hinsicht nicht entstehen. Die Ergebnisse der Rechnung sind in Fig. 16 und 17 zeichnerisch dargestellt. Beidemal findet sich die Verschiebung der Lei 700 WE 150 600 100 500 400 300 100 50 200 100 50 1000 2000 3000 4000 kg stündl. Dampfmenge lung durchaus entspricht. Der Wirkungsgrad für die zweite Hälfte der Niederdruckturbine weist eine ununterbrochene Zunahme von rd. 65 vH bis 86,5 vH bei Leerlauf auf. Dies deutet darauf hin, daß der Niederdruckteil der Melms & Pfenninger-Turbine mit einem Verhältnis arbeitet, das bei Vollast unter dem günstigsten liegt; denn sonst könnte mit einer Verminderung des Wärmegefälles bei gleichbleibender Umfangsgeschwindigkeit der indizierte Wirkungsgrad nicht besser werden. Es entspricht dies auch vollständig den praktischen Erfahrungen beim Entwurf von NiederdruckReaktionsturbinen, insofern man hier fast immer gezwungen ist, bei Vollast mit einem Verhältnis zu rechnen, das bedeutend kleiner als das günstigste ist, weil sonst die Schaufeln des Niederdruckendes unausführbare Längen bekommen. Was den Gleichdruckteil und die erste Hälfte des Niederdruckteiles anlangt, so bleibt hier der indizierte Wirkungsgrad, so lange sich das Gefälle in je einer dieser Stufengruppen nicht ändert, auch gleich. и Co Der indizierte Wirkungsgrad der ganzen Turbine zeigt entsprechend der Drosselung zunächst eine geringe Zunahme, bis er sich von ungefähr 1⁄4 der vollen Dampfmenge ab verringert. stungsentwicklung auf den Hochdruckteil bei Entlastung bestätigt. Innerhalb der stündlichen Dampfmengen von voll bis 1/3 bleibt das adiabatische Gefäll im Hochdruckteil unverändert, erst bei geringeren Leistungen tritt hier allmählich eine Verkleinerung des Gefälles ein. Das Wärmegefäll im Niederdruckteil weist dagegen gleich von voller Dampfmenge ab eine Verminderung auf, so daß der Anteil der Hochdruckstufen an der Gesamtleistung um so größer werden muß, je kleiner die Belastung ist. er Beide Versuche geben auch über die Strahlungsverluste im Regelorgan Aufschluß. Beim Einzeichnen der durch Druck und Temperaturmessungen bestimmten Wärmeinhalte in das JS-Diagramm zeigt sich, daß der Wärmeinhalt des Dampfes vor dem ersten Leitrade kleiner als vor dem Drosselventil ist. Zum Teil kann dies darauf zurückgeführt werden, daß die Geschwindigkeit des Dampfes vor und nach der Drosselung nicht gleich ist; die sich hieraus gebenden Unterschiede können jedoch nicht so groß sein. Trägt man für beide Versuche diese Unterschiede im Wärmeinhalt io — i als Funktion der stündlichen Kondensatmenge auf, so zeigt sich eine ununterbrochene Zunahme mit verkleinerter Dampfmenge. Diese Zunahme wird dadurch erklärlich, daß bei verminderter Belastung die ausstrahlende Oberfläche für 1 kg Dampf größer wird; dazu vermindert sich die Geschwindigkeit in den Verbindungsteilen zwischen Drosselventil und Leitrad, so daß mehr Zeit zum Wärmeübergang bleibt. deutscher Ingenieure. Dampfes beim Eintritt in die Turbine betrug ungefähr 13,0 at abs. bezw. 310°. Die Luftleere betrug 95 bis 96 vH bei einem Barometerstand von 760 mm. Die Versuchsergebnisse bei Füllungsregelung sind in Fig. 19 und 20 wiedergegeben. Mit abnehmender Dampfmenge zeigt sich deutlich die Vermehrung des adiabatischen Gefälles h in der ersten Stufe; entsprechend steigt auch das indizierte Gefälle ha. Der Umstand, daß die Kurve des indizierten Wirkungsgrades der ersten Stufe von Volleistung ab zunächst eine Zunahme aufweist, deutet darauf hin, daß bei dieser Belastung die erste Stufe mit einem Verhältnis arbeitet, das schon größer als das günstigste ist. In den mittleren Stufen 2 bis 9 bleibt das Wärmegefälle bis ungefähr zur halben Last gleich, von hier ab h Nr WE VH 100 50 30 50 5000 10000 15000 20000 25000 kg stündliche Dampfmenge WE 10 Gefall in der 1.Stufe 0 10 0 10 10 0 10 10 10 0 25000 kg stündl. Dampfmenge suche mit verschiedener Anzahl offener Düsen, bei denen Druck und Temperatur vor der Turbine die gleichen waren, entsprechen dann der Füllungsregelung. Zur Bestimmung der Gefälle in den einzelnen Stufen wurde, da sich die Temperaturmessung als nicht genügend zuverlässig erwies, nur die Druckmessung benutzt, mit Ausnahme der Temperatur in der ersten Stufe, deren Wert genau festgelegt werden konnte. Die bei den Versuchen von Stodola bezüglich der quantitativen Verhältnisse gemachten Bemerkungen gelten demnach auch hier. Der Druck bezw. die Temperatur des ungedrosselten 1) Für die gütige Ueberlassung dieser Versuche für den Zweck der vorliegenden Arbeit bin ich der AEG (Turbinenfabrik) zu großem Danke verpflichtet. stellt sich eine Verkleinerung ein, die um so stärker ist, je näher die betreffende Stufe dem Kondensator liegt. Das Wärmegefälle 10 der letzten (zehnten) Stufe nimmt dagegen gleich von Vollast an ununterbrochen ab. Aus diesem Verlauf der Gefällverteilung in der Turbine mit abnehmender Belastung ergibt sich eine Verschiebung der Leistungsentwicklung auf die Hochdruckstufen der Turbine, und zwar überwiegt ihr Anteil an der Gesamtleistung, besonders aber der der ersten Stufe, um so mehr, je geringer die Belastung ist. Fig. 24 zeigt deutlich die Verschiebung der Leistungsentwicklung. Um die Maschine auch bei Drosselregelung zu untersuchen, sowie um ein Bild über ihr Verhalten bei vereinigter Regelung zu gewinnen, wurde jeweils bei einer bestimmten Anzahl offener Düsen der ersten Stufe eine Reihe von Versuchen angestellt, bei denen durch Drosseln geregelt wurde. 10. Juli 1909. Das adiabatische wie das indizierte Gefälle der mittleren Stufen 2 bis 9 behält innerhalb der gleichen Belastungsgrenzen ebenfalls seinen Wert bei. Vollständig anders dagegen verhält sich das Gefälle der letzten Stufe, das schon von Anfang an bei geringer Abnahme der Dampfmenge kleiner wird, so daß die Leistung der letzten Stufe schneller als die der übrigen abnimmt. Hierdurch verschiebt sich der Schwerpunkt der Leistungsentwicklung mehr auf den Hochdruckteil. Die in Fig. 24 mit Drosselregelung bezeichneten Kurven lassen deutlich die vermehrte Anteilnahme der Leistung der ersten Stufe und damit des Hochdruckendes an der Gesamtleistung bei verringerter Belastung erkennen. Beide Regelverfahren miteinander verglichen, verhalten sich also hinsichtlich Gefällverteilung und Leistungsentwicklung in den einzelnen Stufen folgendermaßen: Bei der reinen Füllungsregelung bleibt das Gesamtgefälle in der Turbine dasselbe, dagegen ändert sich die Gefällverteilung mit abnehmender Last in der Weise, daß das Wärmegefälle der ersten Stufe zu- und das der letzten Stufe abnimmt, während die Wärmegefälle der mittleren Stufen ihren Wert beibehalten, wenigstens innerhalb ziemlich weiter Grenzen. 30 50 20 10 5000 10000 15000 20000 kg stündl. Dampfmenge Bei der Drosselregelung verändert sich das Gesamtgefälle, das Wärmegefälle in den einzelnen Stufen mit Ausnahme der letzten bleibt bei Entlastung fast vollständig unverändert. Die Verminderung des Gesamtgefälles kommt anfänglich fast ganz auf die letzte Stufe und erstreckt sich von hier, je nach Entlastung, allmählich auch auf die letzten Niederdruckstufen. Diese Verhältnisse entsprechen auch vollständig dem thermodynamischen Vorgang der Drosselung. Beiden Regelungen ist somit eine Verschiebung der Leistungsentwicklung auf den Hochdruckteil eigen. Quantitativ zeigt sich jedoch ein Unterschied, insofern die Zusammenziehung der Leistung auf den Hochdruckteil bei Füllungsregelung bedeutend größer als bei Drosselregelung ist. Von großer Bedeutung sind diese Verhältnisse für die Beurteilung der Leistungen von hintereinander geschalteten Turbinen für Schiffsantrieb, wobei der Hoch- und der Niederdruckteil je eine besondere Welle antreiben. Solange an der Schaltung nichts verstellt wird, findet die Regelung stets durch Drosseln statt. Die Erfahrung hat auch hier gezeigt, daß bei verminderter Leistung die Hochdruckturbine immer Neigung zu einer Steigerung der Umlaufzahl gegenüber der Niederdruckwelle hat. Umgekehrt hat bei Ueberlastung die Hochdruckwelle das Bestreben, langsamer zu laufen, weil dann eine verhältnismäßig größere Leistung an der Niederdruckwelle entwickelt wird. Um diese Verschiedenheit in den Leistungen der einzelnen Wellen bei Entlastung einigermaßen auszugleichen, setzt Parsons die Marschturbinen immer auf die Niederdruckwellen. 25000 kg Bei der untersuchten AEG-Turbine zeigt der Dampfverbrauch für Füllungsregelung zunächst eine Verminderung und erreicht bei ungefähr 3700 PS. den kleinsten Wert, um von da ab wieder zuzunehmen; s. Fig. 25. Dieser Verlauf ist verursacht durch das Verhalten des effektiven Wirkungsgrades. Aus Fig. 26 geht hervor, daß dieser bis rd. 3700 PSe bei Füllungsregelung fast unverändert bleibt. Da deutscher Ingenieure. bleibt. Die Anwendung eines mehrkränzigen Aktionsrades in der ersten Stufe findet also hierin, abgesehen von den konstruktiven Vorteilen, auch hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit ihre volle Begründung. Bei Drosselregelung folgt der Dampfverbrauch einem andern Gesetz, ebenso der effektive Wirkungsgrad. Letzterer nimmt, wie schon früher erörtert, bei Entlastung zu. Es zeigt sich nun, daß sich der Dampfverbrauch bei 12 und 10 offenen Düsen mit Entlastung zunächst (bis ungefähr 3500 PSe, entsprechend 2400 KW) nicht verändert. Die mit der Drosselung verbundene Verminderung der Radreibung und die Vergrößerung des indizierten Wirkungsgrades im Verein mit der Verbesserung der Luftleere kommen hier so stark zur Geltung, daß sie den durch die Drosselung bedingten Verlust anfänglich ganz ausgleichen. Die sich so ergebenden Unterschiede im Dampfverbrauch bei Füllungs- und Drosselregelung sind jedoch so gering, daß die Drosselregelung wegen der Möglichkeit, sie konstruktiv mit den einfachsten Hülfsmitteln betriebsicher durchbilden zu können, im Dampfturbinenbau vollauf berechtigt ist. Ueberdruckturbinen. Mit Ausnahme der Melms & Pfenninger-Turbine, die in ihrem Niederdruckteil eine Ueberdruckturbine ist, beziehen sich die vorstehenden Betrachtungen nur auf Druckturbinen. Bei Ueberdruckturbinen liegen jedoch die einschlägigen Verhältnisse ganz gleichartig. Nehmen wir eine einstufige Ueberdruckturbine an, so ergibt sich für Drosselregelung, die hier allein in Frage kommen kann, daß bei Entlastung infolge der Drucksenkung vor dem Leit- und Laufrad das Gefälle im Laufrad vermindert wird, während das im Leitrad umgesetzte Gefälle entsprechend dem zum neuen Anfangszustande gehörigen kritischen Gefälle nur wenig verkleinert wird. Die Drosselung bewirkt hier somit eine Verkleinerung des Reaktionsgrades. Für vielstufige Ueberdruckturbinen gelten bei Entlastung die gleichen Folgerungen wie für Druckturbinen. Hier wird sich bei Entlastung der größere Teil der Leistung auf die Hochdruckstufen legen, während der Leistungsanteil der Niederdruckstufen sinkt. Bei hintereinander geschalteten Turbinen hat dies die Erfahrung, wie schon erwähnt, auch bestätigt. Die Proportionalität zwischen Dampfmenge und absolutem Stufendruck besteht hier ebenfalls mit Ausnahme der letzten Stufen, bei denen man hiernach auf rechnerischem Wege in einer früheren Stufe als der letzten den Druck im Abdampfraum erhält, so daß die hinter dieser liegenden Stufen keine Arbeit mehr leisten würden. In Wirklichkeit tritt ein Ausgleich ein, indem bei Entlastung die Druckverteilung der letzten Stufen dauernd auf den Druck im Abdampfraume führt. Hier kommt dann immer noch ein wenn auch nur kleines Wärmegefälle zur Arbeitsleistung. Die Ueberlastung. Zum Schlusse sei noch kurz die Frage der Ueberlastung einer Turbine gestreift, da sie eng mit der Regelung zusammenhängt. Die Ueberlastung läuft auf eine Erhöhung des Produktes GH hinaus, das in der Hauptsache die Leistung einer Turbine bestimmt. Am einfachsten ist es, wenn an der Schaltung in der Turbine nichts geändert zu werden braucht. Um aber dann eine Mehrleistung zu erzielen, muß man den Anfangsdruck um einen gewissen Betrag erhöhen, denn nur dadurch ist eine größere Dampfmenge durch die Turbine zu bringen, die dann auch mit einem größeren Wärmegefäll arbeitet. In einfacher Weise kann man dies erreichen, wenn man schon von vornherein mit gedrosseltem Dampf arbeitet und einen gewissen Vorrat an Druck für die Ueberlastung zurückhält. Je nach dem Grade der Drosselung lassen sich dann Ueberlastungen bis zu 40 vH erzielen, ohne daß die Wirtschaftlichkeit bei normaler Last schlecht wird. Der andre Weg, eine Ueberlastung ohne Erhöhung des vor den Düsen herrschenden Druckes zu erzielen, entspricht der Füllungsregelung. Zu diesem Zwecke werden in der 3 10. Juli 1909. ersten Stufe eine Anzahl Zusatzdüsen geöffnet. Die vermehrte Dampfzufuhr hat dann ein Steigen des Druckes in sämtlichen Stufen zur Folge. Während damit das Gefälle der ersten Stufe wegen des gleichen Druckes vor den Einlaßdüsen abnimmt, vergrößert es sich in den übrigen, und der Schwerpunkt der Leistungsentwicklung verschiebt sich mehr gegen das Niederdruckende zu. Selbst bei geringen Ueberlastungon kann es je nach dem Aufbau der Turbine soweit kommen, daß das Wärmegefälle der ersten Stufe viel zu klein wird, was dann eine Ueberschreitung des Gipfels der Wirkungsgradkurve und eine sehr rasche Abnahme des indizierten Gefälles zur Folge hat. Diesen Nachteil kann man nun dadurch umgehen, daß man die ersten Stufen umführt und in spätere Stufen frisch gespannten Dampf eintreten läßt. Bei gleicher Umlaufzahl sinkt jedoch damit fast allgemein der indizierte Wirkungsgrad. Anders ist es dagegen, wenn mit zunehmender Leistung auch die Umlaufzahl steigt. Dies tritt immer bei Schiffsturbinen ein. Durch die bei forcierter Fahrt notwendige Zunahme der Umlaufzahl wird das Verhältnis น für die Stufe dem günstigsten Werte bedeutend näher gebracht, und zwar in fast allen Fällen so stark, daß der indizierte Wirkungsgrad steigt, trotzdem dann die Zahl der arbeitenden Stufen kleiner ist. Genaue quantitative Angaben hierüber lassen sich nur an Hand ausgeführter Anlagen machen. Ein ganz ähnliches Verfahren der Ueberlastung besteht darin, daß man unter Oeffnung von Zusatzdüsen eine größere Dampfmenge in die erste Stufe einströmen läßt und nun durch Umführleitungen den Dampf, nachdem er in der ersten Stufe Arbeit geleistet hat, unter Umgehung der nächstfolgenden Stufen in eine spätere einführt. In der ersten Stufe kommt dann ein Wärmegefälle zur Arbeitsleistung, das dem Unterschied zwischen dem Anfangsdruck und dem Druck in jener Stufe entspricht, in die der Dampf wieder eingeleitet wird. Dieses Verfahren hat gegenüber dem vorhergehenden wirtschaftlich wie konstruktiv große Vorteile. Es läßt sich nämlich das Gefälle der ersten Stufe durch die Umführung leicht so bemessen, daß die erste Stufe mit Kondem größten indizierten Wirkungsgrade arbeitet. struktiv ist damit der außerordentliche Vorteil verbunden, daß Dampf von Kesselspannung nicht in das Turbinengehäuse gelangt, sondern nur Dampf von einer Spannung, die dem Enddruck der letzten umführten Stufe entspricht. In gleicher Weise werden damit auch hohe Temperaturen in der Turbine vermieden und außerdem gegenüber dem vorhergehenden Verfahren unter sonst gleichen Verhältnissen die Ventilations- und Reibungsverluste der leerlaufenden Stufen im umgebenden Dampf bedeutend vermindert, Eine moderne amerikanische Hochdruck-Wasserkraftanlage mit Francis-Turbinen." Von Guido E. Hemmeler, Oberingenieur bei Amme, Giesecke & Konegen A.-G., Braunschweig. Die Oelpressung in den Zylindern und damit die Oeffnung der Leitvorrichtung der Turbinen wird durch den selbsttätigen Geschwindigkeitsregler eingestellt. Für jede Einheit ist ein solcher Regler im Generatorensaale neben der betreffenden Dynamomaschine aufgestellt. Fig. 39 zeigt diesen Regler; es ist der einzige Maschinenteil der Wasserkraftanlage, der im Generatorenraume sichtbar ist. Die durch den Fuß des Reglerständers hindurchtretende Pendelwelle wird von der Turbinenwelle aus mittels eines wagerechten Vorgeleges angetrieben, s. Fig. 31 S. 1065, kann aber auch unmittelbar von der Turbinenwelle durch einen wagerecht laufenden Riemen in Drehung versetzt werden. In gleichen Abständen links und rechts von der Rückführung, deren Gestänge mitten durch den Reglerständer emporführt, befinden sich Regelventil und Pendel. Letzteres ist ein Federtachometer, dessen Schwunggewichte von den mit der Pendelmuffe verbundenen Hebeln getragen werden und in der Mitte nochmals durch Hebel geführt sind. Es hat keine gleitende Reibung 2). Das Regelventil hat Vorsteuerung, so daß das Pendel beim Regeln nur die äußerst geringe, praktisch nicht in Betracht kommende Reibung des Vorsteuerstiftes und den geringen Oeldruck, der von unten auf diesen wirkt, zu überwinden hat. Das zur Vorsteuerung verwendete Oel wird, ehe es durch die feine Vorsteueröffnung tritt, durch ein kleines im Ventil selbst eingebautes Filter geleitet, so daß eine Betriebstörung durch Verstopfung der Regelöffnungen nicht zu erwarten ist. Pendelmuffe, Rückführgestänge und Ventilstift sind durch einen wagerechten Hebel verbunden, der beim Regeln den Impuls des Pendels auf den Regelstift überträgt und diesen nach eingeleiteter Regelung wieder in die Mittellage zurückführt. Dieser Hebel ist mit dem Rückführgestänge nicht starr verbunden, wie dies in Europa im allgemeinen üblich ist, die Verbindung ist vielmehr unstarr durch eine Feder und Oelkatarakt hergestellt. Dadurch erhält man eine kombinierte Rückführung, welche erlaubt, während des Betriebes, und ohne diesen zu stören, sowohl die Umlaufzahl wie auch den Ungleichförmigkeitsgrad im weitestgehenden 1) Sonderabdrücke dieses Aufsatzes (Fachgebiet: Wasserkraftmaschinen) werden abgegeben. Der Preis wird mit der Veröffentlichung des Schlusses bekannt gemacht werden. 2) Die Konstruktion ist gesetzlich geschützt; Erfinder ist R. Sigmund. Maße zu verändern, letzteren auf Null zu stellen oder sogar negativ zu machen. Der Ungleichförmigkeitsgrad wird durch Drehen an einem auf senkrechter Welle sitzenden Hand Fig. 39. Selbsttätiger Geschwindigkeitsregler. rädchen bewirkt, das in Fig. 39 nicht sichtbar ist, da es gerade hinter der das Tachometer antreibenden Scheibe der mit Pendelwelle sitzt. Damit man sofort am Regler sieht, |