DER HEUTIGE STAND IM DAMPFTURBINENBAU. Von Bauinspektor Dr.-Ing. Meuth, Stuttgart. (Fortsetzung von S. 430 d. Bd.) MEUTH: Der heutige Stand im Dampfturbinenbau. Unter den Aktionsturbinen mit Geschwindigkeitsstufen weist die Elektra-Dampfturbine von Kolb eine besondere Bauart auf. Sie hat radiale Beaufschlagung; das Eigenartige dabei ist die mehrmalige Beaufschlagung des gleichen Radkranzes bei abnehmender Geschwindigkeit des Dampfes. Fig. 40 deutet das konstruktive Prinzip und die Wirkungsweise dieser Turbine an, die von der Elektra-Dampfturbinengesellschaft in Karlsruhe i. B. und ihren Lizenznehmern, unter andern auch von der Kaiserl. Werft in Kiel gebaut wird. Textabbildung Bd. 326, S. 440 Fig. 40.Elektra-Dampfturbine. Der Dampf strömt durch Stutzen a zu und gelangt durch einen Kanal, der bei neueren Turbinen durch ein elastisches Rohr, welches die Wärmedehnungen in einer für das Gehäuse unschädlichen Weise aufnimmt, zu den einander gegenüberliegenden Düsen p. Dort expandiert er auf den Gegendruck im Gehäuse und tritt mit der erreichten Geschwindigkeit in das Laufrad. Beim Austritt wird er von einem gekrümmten Kanal g aufgenommen, welcher ihn ein zweites Mal auf das Laufrad führt. Dem Dampf wird durch diese zwei- bis viermal wiederholte Beaufschlagung seine Strömungsenergie stufenweise entzogen. Die Umleitkanäle erhalten entsprechend der abnehmenden Dampfgeschwindigkeit von Stufe zu Stufe zunehmenden Querschnitt. Infolge dieser mehrmaligen Beaufschlagung ein und desselben Rades, ein Vorschlag, den der bekannte Flugtechniker Lilienthal gemacht hat, wird eine verhältnismäßig geringe Radgeschwindigkeit mit einfachen Mitteln erreicht. Die radiale Beaufschlagung ergibt auch einen einfachen Zusammenbau. Kleinere Turbinen erhalten nur ein einziges Laufrad, größere, die mit Kondensation arbeiten, erhalten zwei Druckstufen mit zwei Geschwindigkeitsstufen. Hierbei werden die Umleitkanäle für jede Stufe zu beiden Seiten der Zwischenwand zwischen den beiden Druckstufen befestigt. Sämtliche Teile werden, um das Innere der Turbine zugänglich zu machen, nach vorn über die Welle geschoben. Das Schaufelrad ist eine allseitig bearbeitete Stahlscheibe, um deren Kranz die Schaufeln herumgelegt und durch einen aufgeschrumpften Nickelstahlring zusammengehalten sind. Die Schaufelform wird in die gezogenen und auf entsprechende Länge abgeschnittenen Profilstäbe eingefräst; besondere Zwischenstücke sind hier nicht nothwendig. Bei längeren Schaufeln wird die Fliehkraft, welche die Schaufeln aufzubiegen sucht, durch einen weiteren Schrumpfring außen am Schaufelende aufgenommen. Zweistufige Elektradampfturbinen werden für kleinere Leistungen gebaut und haben dabei einen für solche Leistungen recht günstigen Dampf verbrauch erreicht, wie aus nachstehenden Versuchsresultaten einer 100 PS-Turbine von 3000 Touren i. d. Min. hervorgeht. BelastungKWPS 5/486,8118,0 4/475,8103,1 ¾56,676,9 ½45,061,3 ¼20,527,9 Dampfdruck vor der Tur-bine kg/qcm abs. 10,15 10,1 10,0 9,82 10,4 Temperatur°C 307 292 276 249 258 Druck in der 1. Stufekg/qcm 0,276 0,122 0,135 – 0,26 – 0,56 Druck im Abdampfraum v. H. 87,6 87,9 88,6 88,7 88,9 Dampfverbrauch für1 PSe/St. kg 7,18 7,27 7,67 8,24 10,48 Fig. 41 zeigt die äußere Ansicht einer 150 PS-Elektra-Dampfturbine mit Drehstromdynamo gekuppelt. Die Umdrehungszahl beträgt 3000 i. d. Min. Die Elektra-Turbine eignet sich besonders für eine starke Reduktion der Tourenzahl, wie sie zum Antrieb normaler Ventilatoren und Kreiselpumpen erforderlich ist. Dies kann mit einem einzigen Schaufelkranz durch Vermehrung der Geschwindigkeitsstufen erreicht werden. So werden Turbinen von 50 bis 100 PS mit 1200 bis 1000 Umdr. für Pumpenantrieb in der Regel für Auspuff unter anderweitiger Verwendung des Abdampfes gebaut, die außerordentlich einfach ausfallen. Fig. 42 stellt eine Maschine zum Antrieb eines Schiffsventilators von 1000 Umdr. i. d. Min. dar. Die Turbine leistet 60 PS; sie ist mit senkrechter Welle am Deckengerüst aufgehängt. Vielstufige Gleichdruckturbine. Unter den verschiedenen Dampfturbinenbauarten haben die vielstufigen Druckturbinen seit etwa sechs Jahren eine große Verbreitung gefunden. Sie wurden zuerst von Prof. Rateau und von der Maschinenfabrik von Escher, Wyß & Cie. in Zürich nach den Vorschlägen von Zoelly in die Praxis eingeführt. Eine große Reihe von hervorragenden Dampfmaschinenfirmen haben als Lizenznehmerinnen den Bau dieser Turbinen aufgenommen und einige davon haben sich zur Regelung des Absatzes und zum Austausch von Erfahrungen zu einem „Deutschen Zoelly-Syndikat“Das Deutsche Zoelly-Syndikat setzt sich gegenwärtig aus folgenden Firmen zusammen: Escher, Wyß & Cie, Zürich; Friedr. Krupp, Essen, und Germaniawerft, Kiel; Norddeutsche Maschinen- und Armaturenfabrik Bremen; Siemens-Schuckert-Werke, Berlin; Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg; ferner als Lizenznehmer: Schüchtermann & Kremer, Dortmund, und Görlitzer Maschinenbau-Anstalt und Eisengießerei zusammengeschlossen. Die Rateau-Turbine unterscheidet sich hauptsächlich durch die konstruktiven Einzelheiten von der Zoelly-Turbine. Infolge der eigenartigen Bauart der Schaufelräder arbeitet die Rateau-Turbine mit kleineren Radgeschwindigkeiten und dementsprechend mit höherer Stufenzahl als die Zoelly-Turbine. Erstere besitzt etwa 15 bis 25 Druckstufen, letztere 8 bis 20, je nach der Größe der Maschine und des zu verarbeitenden Druckgefälles und der Tourenzahl. Gemeinsam ist beiden die Zuführung des Arbeitsdampfes zu den Laufrädern nicht durch Düsen, sondern durch Leitschaufeln mit parallelen Austrittskanten. Die Dampfgeschwindigkeit kann deshalb niemals den kritischen Wert übersteigen. Die Zoelly-Turbine nähert sich diesem Wert, während Rateau durch eine engere Unterteilung des Druckes geringere Dampfgeschwindigkeiten erhält. Textabbildung Bd. 326, S. 441 Fig. 41.150 PS-Elektra-Dampfturbine mit Drehstromgenerator gekuppelt Der Vorteil vielstufiger Druckturbinen liegt in der hohen Oekonomie als Folge der verhältnismäßig geringen Dampfgeschwindigkeiten und in der Unempfindlichkeit gegenüber hohen Temperaturen, da die mit Rücksicht auf die Wärmedehnungen nötigen Spielräume zwischen Gestein und rotierendem Teil der Schaufelung ohne Nachteil reichlich groß genommen werden können. Außerdem tritt wie bei allen Gleichdruckturbinen kein nennenswerter Achsialschub der Welle auf. Die Abdichtung der einzelnen Druckstufen gegeneinander ist an die Naben der Laufräder verlegt; es ist hier ein verhältnismäßig nur geringer Spaltquerschnitt, jedoch auch ein größerer Druckunterschied und zur Anordnung einer genügend langen Dichtung in der Regel kein Platz vorhanden. Um ein Anstreifen bei Formänderungen der Welle zu verhindern, wird man den Spielraum lieber etwas größer nehmen. Textabbildung Bd. 326, S. 442 Fig. 42.Elektra-Dampfturbine zum Antrieb eines Ventilators. Die Wellenstärke wird meist so bemessen, daß die Turbine über der kritischen Tourenzahl läuft. Nur bei großen, langsamlaufenden Turbinen liegt die Betriebstourenzahl unter der kritischen. Zur Abdichtung der Welle nach außen dienen vielfach Dichtungen mittels Kohlenringen, welche die Welle dicht umschließen, da auf der Hochdruckseite gegen den vollen Dampfdruck abgedichtet werden muß. Diese Schwierigkeit, die noch mit den Nachteilen der hohen Dampftemperatur für die Turbine verbunden ist, hat wohl neuerdings einige Firmen veranlaßt, die Hochdruckstufe mit einem einzigen Rad und mehreren Schaufelkränzen auszuführen, so daß der größte Teil des Druckgefälles schon vor dem Eintritt in das Turbineninnere in Geschwindigkeit umgesetzt wird und in diesem nur geringe Drucke und Temperaturen auftreten. Die dadurch bedingte Verkürzung der Turbine ist nicht bloß mit Rücksicht auf den Raumbedarf und die Herstellungskosten, sondern auch auf die Durchbiegungen der Welle vorteilhaft, so daß es möglich ist, die normale Tourenzahl unter die kritische zu legen und den Spielraum der Zwischendichtungen zu verkleinern, Vorteile, welche den geringeren Gütegrad gegenüber der Anordnung reiner Druckstufen einigermaßen ausgleichen. Eine Dampfturbine der Maschinenfabrik von Escher, Wyß & Cie. in Zürich, deren Direktor Zoelly die nach ihm benannte Turbine zuerst im Jahre 1903 in die Praxis eingeführt hat, ist in Fig. 43 abgebildet, aus welcher die umgemein klare Disposition der Maschine hervorgeht. Die Turbinen, welche mit 3000 Umdr. laufen, werden mit 8 bis 10 Stufen, die 1500 tourigen mit 12 bis 16, und die 1000 tourigen mit 16 bis zwanzig Stufen ausgeführt. Dabei überschreitet das Druckgefälle niemals den kritischen Wert. Neuerdings werden die Turbinen nur noch mit einem Gehäuse ausgeführt. Das in der wagerechten Mittelebene geteilte Gehäuse ist auf vier Gleitfüßen gestützt; in der Nähe des Abdampfraumes befindet sich ein Anschlag, welcher bewirkt, daß sich die Wärmedehnungen nur nach der Hochdruckseite ausbilden können; hier werden sie von der Dampfleitung aufgenommen, während die Verbindung von Turbine und Kondensator von den Wärmedehnungen unbeeinflußt bleibt. Die Lager sind reichlich lang und von dem Turbinengehäuse getrennt; sie werden mit Drucköl geschmiert, das in einem Röhrenbündel im Fundamentrahmen gekühlt wird. Vorn befindet sich noch ein Kammlager vor dem eigentlichen Traglager. Das Drucköl gelangt zunächst in einen Ring in der Lagerschalenmitte und wird von dort durch allmählich in ihrer Tiefe abnehmende Nuten auf die Schalenfläche verteilt. Die Turbinenwelle aus geschmiedetem Stahl wird ausgebohrt, um ihr Gewicht zu verringern und um ihre innere Beschaffenheit zu untersuchen, ferner um sie von Spannungen freizumachen, die sie bei Erwärmung verbiegen können. Die kritische Tourenzahl liegt bei den neuen kurzen Ausführungen höher als die normale Tourenzahl. Der Ausbildung des Rotors ist besondere Sorgfalt zugewendet. Die ganz bearbeiteten Laufradscheiben (Fig. 44) sind aus Stahl geschmiedet und tragen an ihrem Kranze Nickelstahlschaufeln von nach außen abnehmender Stärke. Am Umfang tragen sie ein Stahlband, das die Schaufelkanäle nach außen abschließt. Die Leitradscheiben sind aus Stahl- oder Grauguß hergestellt und sind zweiteilig. Die Schaufeln werden bei kleineren Turbinen in Schlitze des Kranzes stramm eingesetzt und durch seitlich aufgeschraubte Ringe festgehalten. Bei großen Turbinen werden sie in die Kränze der gußeisernen Leitradscheiben eingegossen. Die ganze Ausführung des Rotors und der Schaufelung ist eine absolut genaue und zuverlässige Maschinenarbeit. Die Laufradkanäle sind nach der Austrittsstelle erweitert; die hierbei auftretenden kleineren Austrittswinkel der Schaufeln ermöglichen eine bessere Dampfausnutzung. Textabbildung Bd. 326, S. 443 Fig. 43.Zoelly-Dampfturbine der Maschinenfabrik Escher, Wyß & Cie. Die Abdichtung der Welle auf der Hoch- und Niederdruckseite erfolgt durch eine Art Labyrinthdichtung, bestehend aus einer Reihe von graphithaltigen Kohleringen, deren einzelne Segmente durch eine Schlauchfeder zusammengehalten und leicht gegen die Welle gepreßt werden. Die Kohleringe schleifen sich in kurzer Zeit ein und bilden ohne erhebliche Reibung und Abnutzung eine gute Dichtung auch ohne Sperrdampf. Zur Abdichtung der einzelnen Kammern sind auf den Laufradnaben Rillen eingedreht, welche eine wenn auch nicht sehr vollkommene Labyrinthdichtung bilden. Textabbildung Bd. 326, S. 443 Fig. 44.Lauf- und Leitradscheibe. Die Drosselregulierung des Dampfes geschieht mit Hilfe eines gewöhnlichen Druckölservomotors. Der Oeldruck beträgt 6–7 at. Das doppelsitzige Regulierventil ist nicht ganz entlastet, sondern erfährt einen Ueberdruck, der auf Schluß des Ventils wirkt, im normalen Fall aber vom Servomotor überwunden wird. Im Falle die Pumpe für die Druckölförderung und Lagerschmierung versagt, schließt sich unter dem Ueberdrucke das Regulierventil und stellt die Maschine ab. Außerdem ist noch ein besonderer Sicherheitsregulator vorhanden. Die Ausführungen der Lizenznehmer von Zoelly-Turbinen stimmen im wesentlichen mit der Konstruktion von Escher, Wyß überein; auf die Abweichungen wird im folgenden bei Besprechung der einzelnen Ausführungen näher eingegangen. Nachstehend seien noch in Tab. 3 einige Versuchsergebnisse von Zoelly-Turbinen der Firma Escher Wyß & Cie. mitgeteilt. Nr. 1 ist eine Turbine von 5 bis 6000 KW im Rheinisch-Westfälischen Elektrizitätswerk in Essen mit 20 Druckstufen, 1000 Umdr. i. d. Min. und mit einer größten Umfangsgeschwindigkeit der Laufräder von 120 m/Sek. Nr. 2 ist eine Turbine von 3500 KW für die Società Anonima Elettricita „Alta Italia“ in Turin mit 16 Druckstufen, 1500 Umdr. i. d. Min. und mit einer größten Umfangsgeschwindigkeit von 145 m/Sek. Nr. 3 ist eine Turbine von 1500 KW für die Société Lilloise d'Eclairage Electrique in Lille mit der gleichen Stufen- und Umdrehungszahl wie Nr. 2, aber mit einer größten Umfangsgeschwindigkeit der Laufräder von 135 m/Sek. Die drei Maschinen sind mit Drehstromgeneratoren gekuppelt. Die Versuche wurden zum Teil im normalen Betrieb gewonnen. In der Aufstellung sind bei Nr. 1 bis 3 auch die umgerechneten Verbrauchszahlen für die Dampfverhältnisse, für welche die Turbinen gebaut sind, 13 at Anfangsspannung, 350° Dampftemperatur und 96 v. H. Vakuum aufgenommen. Nr. 4 ist eine Turbine von 300 KW für die Buderusschen Eisenwerke in Lollar, für 3000 Umdr., 95 v. H. Luftleere, 300° Dampftemperatur und 9 at abs. Anfangsspannung gebaut. Nr. 5 ist eine Turbine von 700 KW für Helsingfors ebenfalls mit 3000 Umdr. für Tabelle 3. Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 Nr. 6 Nr. 7 Leistung                                                       KW 5118 3540 1583 315,5 720 1060 2508 Nutzleistung der Turbine                             PSe 7345 5100 2286 – – – – DampfdruckvoratDampftemperatur vor dem ersten Leit-rad in Nr. 1–3; vorda Turbine in Nr. 4–7 at abs.    ° C. 9,4287 10,9243 10,8282 9,1302 13,8306 11,2300 13,5319 Luftleere im Turbinenausströmrohr       v. H. 92,1 94,3 92,7 96,6 95,8 95,3 93,3 Gemessener Dampfverbrauch für     1 KW/Std. 6,89 6,86 6,99 7,63 6,84 6,63 6,40           „                     „             „       1 PSe/Std. 4,79 4,76 4,84 5,12 4,63 4,47 4,48 Für 13 at vor der Turbine, für           1 KW/Std. 5,33 5,53 5,97 – – – – 350° und 96,5 v. H. Luftleere für       1 PSe/Std. 3,73 3,83 4,13 – – – – Tabelle 4. Anlage NutzleistungKW Frischdampf Vakuumv. H. Dampfverbrauchfür Zunahmedes Dampf-verbrauchsgegenüberVollast ThermischerWirkungsgradbezogen auf denZustand vor d.Turbine und aufd. effekt. Leistg. Druckat abs. Temperatur° C. 1 KW/Std.kg 1 PSe/Std.kg ElektrizitätswerkCharlottenburgn = 1000 4189309221991138 12,612,912,412,8 292292270272 95,896,297,497,8 6,036,266,597,31 4,194,294,404,53 –  2,0  4,5  7,5 68,766,263,259,9 ElektrizitätswerkHelsingforsn = 3000 205215141026  510 13,613,813,513,1 307295296284 94,995,595,896,6 5,926,226,597,86 4,114,264,374,78 –  3,5  6,012,0 70,567,265,258,9 Gewerkschaft JakobusHagendingenn = 3000 16411366  851  458 15,515,315,515,6 355356350339 93,394,295,294,9 5,946,257,048,58 3,994,114,394,77 –  3,0  9,016,0 69,766,561,057,1 UeberlandzentraleAurichn = 3000 1235  949 606 12,412,612,7 233238220 94,995,596,5 6,977,277,77 4,824,965,14 –2,76,0 67,062,859,0 13 at abs. Spannung, 300° und 94 v. H. Luftleere gebaut. Nr. 6 ist eine 1000 KW-Turbine für die Bremen-Besigheimer Oelfabrik mit 3000 Umdr., für 11 at abs. Anfangsspannung, 300° und 95 v. H. Luftleere gebaut. Endlich Nr. 7 ist eine Turbine mit 2300 KW bei 1500 Umdr. für das Stadt-Elektrizitätswerk Stuttgart-Münster; für 13 at Anfangsspannung, 320° und 93 v. H. Luftleere gebaut. Die geringe Zunahme des Dampfverbrauchs bei geringeren Leistungen geht aus Tab. 4 hervor, die bei Versuchen Ende 1910 an Zoelly-Turbinen der Firma Escher, Wyß & Cie. gewonnen wurden. Diese geringe Zunahme, die hiernach bei ¾ Belastung etwa 2½ v. H., bei ½ Belastung etwa 6½ v. H. und bei ¼ Belastung etwa 12 v. H. gegenüber dem Verbrauch bei Vollast beträgt, ergab sich mit gewöhnlicher Drosselregulierung. Das ist mit Rücksicht auf die vielfachen Bestrebungen, von der einfachen Drosselregulierung abzugehen und durch Zu- und Abschalten einzelner Düsen zu regulieren, ein beachtenswertes Ergebnis. Die Firma Escher, Wyß & Cie. und noch andere Lizenznehmer der Zoelly-Turbine halten daher auch an der ursprünglichen Drosselregulierung schon wegen ihrer großen Einfachheit fest und sind bis jetzt zu der Einführung eines Curtis-Rades in der Hochdruckstufe nicht übergegangen. Um übrigens einen einwandfreien Vergleich zwischen den Ergebnissen der Drossel- und der Düsenregulierung anzustellen, muß man natürlich alles auf die effektive Turbinenleistung beziehen, nicht auf die elektrische Leistung, da die Turbine und ihre Regulierungsart nicht für den Wirkungsgrad der Dynamo verantwortlich gemacht werden kann. Auch dürfen nur Resultate gegenübergestellt werden, die beidemal entweder für die Leistung an der Turbinenkupplung oder mit Abzug der Kondensatorarbeit gelten. (Fortsetzung folgt.)