Der Dampfer Königin Luise und seine Turbo-Transformator-Anlage. Von Dipl.-Ing. Kraft in Berlin. KRAFT: Der Dampfer Königin Luise und seine Turbo-Transformator-Anlage. Die Vulkanwerft hat mit der im letzten Jahre erfolgten Fertigstellung des Dampfers „Königin Luise“, der für den Bäderdienst der Hamburg-Amerika-Linie bestimmt ist, das erste größere Schiff mit Turbo-Transformatoranlage zur Ablieferung gebracht. Der Dampfer ist als Zweischraubenschiff gebaut und besitzt die folgenden Abmessungen: Länge zwischen Perp 83,8 m Breite 11,8 „ Seitenhöhe   7,2 „ Tiefgang voll beladen   3,0 „ Wasserverdrängung rd. 1800 t Das Schiff ist für die Beförderung von etwa 1900 Personen gebaut und ist mit allen Einrichtungen ausgerüstet, welche die Sicherheit und Bequemlichkeit der Passagiere gewährleisten können, wie Frahmsche Schlingertanks, Einrichtungen für Unterwasser-Schallsignale und für drahtlose Telegraphie. Außerdem verfügt der Dampfer über eine weitgehende Unterteilung in wasserdichte Räume. Die Maschinenanlage ist für eine Gesamtleistung von 5400 WPS bemessen und sichert dem Schiff eine Geschwindigkeit von rund 20 kn. Die Wahl des Föttinger-Transformators für den Antrieb rechtfertigt einige erklärende Bemerkungen. Der indirekte Turbinenantrieb unter Verwendung eines Uebersetzungsgetriebes zwischen Turbine und Propeller hat bekanntlich vor dem direkten Antrieb zwei wesentliche Vorzüge voraus, die beide von Fall zu Fall mehr oder weniger ins Gewicht fallen. Er sichert einerseits durch Verbesserung des Wirkungsgrades von Turbine und Propeller betriebswirtschaftliche Vorteile, andrerseits ermöglicht er günstigere Gewichts- und Platzverhältnisse. So allgemein sich hiernach der indirekte Turbinenantrieb zu empfehlen scheint, so sind seiner Verwendung nach Art des benutzten Zwischengetriebes doch vor der Hand gewisse Grenzen gezogen. Zwei Typen von Uebersetzungsgetrieben machen sich im wesentlichen den Rang streitig, das Rädergetriebe und der hydraulische Föttinger-Transformator. Die unterscheidenden Wesensmerkmale, die den Kreis ihrer Verwendung mehr oder weniger beschränken, sind einerseits die Höhe des Uebersetzungsverhältnisses und des erreichbaren Wirkungsgrades, andrerseits die Höhe der aufzunehmenden Leistung. Das Rädergetriebe hat vor dem Föttinger-Transformator das hohe Uebersetzungsverhältnis und den höheren Wirkungsgrad voraus. Es wird daher seine Vorzüge in erster Linie bei Anlagen kleinerer Leistung zur Geltung bringen können. Bei größeren Leistungen nehmen die Schwierigkeiten der Konstruktion einwandfrei arbeitender Zahnrädergetriebe sehr rasch zu und ziehen damit, wenn man nicht eine weitgehende Unterteilung der Leistung in Kauf nehmen will, ihrer Verwendung gewisse Grenzen. Der Transformator besitzt nach den bisherigen Erfahrungen eine derartige Beschränkung seines Arbeitsfeldes nach oben hin nicht. Seines relativ niedrigen Uebersetzungsverhältnisses wegen ist ihm jedoch eine untere Grenze gesetzt, die ihn von der Verwendung bei Anlagen kleiner Leistung und niedriger Propellerdrehzahl, von einigen Sonderfällen abgesehen, ausschließt. Da sein Uebersetzungsverhältnis ohne Einbuße an Wirkungsgrad nicht gut über den Wert von 6: 1 hinaus gesteigert werden kann, kommt er in erster Linie in Frage für leichte Maschinenanlagen mit hoher Propellerdrehzahl. Er findet aber auch allgemein bei Anlagen mit größerer Leistung mit Nutzen Verwendung, weil bei diesen die Höhe der Turbinendrehzahl selbst naturgemäß beschränkt ist. Hiernach ist zu schließen, daß das Verwendungsfeld des Föttinger-Transformators ziemlich weit reicht. Ein Ueberblick über die bei der Vulkanwerft zurzeit in Bau befindlichen Transformatoranlagen charakterisiert dies sehr deutlich. Die Bauwerft des Dampfers Textabbildung Bd. 329, S. 210 Abb. 1. Längsschnitt der Turbine. „Königin Luise“ hat zurzeit einen Auftragsbestand an Transformatoren mit einer Gesamtleistung von rund 245000 PS in der Hand. Hierunter befinden sich neben der Turbo-Transformatoranlage des Postdampfers „Tirpitz“ von rund 20000 PS die Maschinenanlagen für zwei kleine Kreuzer der deutschen Marine mit 30000 bzw. 45000 PS, ferner eine größere Zahl von Turbo-Transformatoren für Torpedoboote und Zerstörer. Um den Verwendungsbereich des Föttinger-Transformators möglichst umfassend zu kennzeichnen, mögen hier auch zwei im Bau befindliche Transformatorsätze von je 350 PS Erwähnung finden, die für zwei bei der Firma Yarrow in Auftrag gegebene Torpedoboote der japanischen Marine bestimmt sind. Die beiden Transformatoren dienen hier nicht nur als Uebersetzungs- und Umsteuergetriebe, sondern gleichzeitig auch als lösbare hydraulische Kupplung. Die betreffenden Boote besitzen nämlich außer ihrer Hauptturbinenanlage je eine nicht umsteuerbare Marschölmaschine. Diese ist mit einem Transformator gekuppelt und arbeitet mittels der durch die hohle Turbinenwelle hindurchgeführten Sekundärwelle des Transformators auf den Propeller. Erklärt sich die Wahl des Föttinger-Transformators für den Antrieb des Dampfers „Königin Luise“ neben wirtschaftlichen Momenten durch die Rücksicht auf möglichste Gewichtsersparnis, so wird diese auch durch die Wahl des verwendeten Kesselsystems recht deutlich gekennzeichnet. Die Kesselanlage besteht aus drei engrohrigen Wasserrohrkesseln vom Yarrow-Typ. Die Kessel, die Dampf von 17 kg/cm2 Ueberdruck liefern, sind mit Ueberhitzern ausgerüstet und arbeiten mit Howdens forciertem Zug. Die Höhe der Ueberhitzung ist verhältnismäßig gering, sie beträgt nur etwa 35 bis 40° C. Die Kessel haben zusammen eine Heizfläche von 1135 m2, zu der eine Ueberhitzerfläche von rund 280 m2 hinzukommt. Die Größe der Rostfläche beträgt 24 m2. Bei einem Verhältnis von Heizfläche zu Rostfläche gleich 47,3 entfällt auf die Einheit der Heizfläche eine Leistung von 4,8 WPS/m2, auf die Einheit der Rostfläche eine solche von 225 WPS/m2. Die Rostbelastung ist also ziemlich niedrig, dementsprechend auch die Höhe des Luftüberdruckes, die normal 50 bis 60 mm QS. beträgt. Die Maschinenanlage des Dampfers „Königin Luise“ besteht aus zwei selbständigen Maschinensätzen. Jede der beiden Hauptturbinen (Abb. 1) ist bei 1800 Umdrehungen in der Minute für eine Leistung von 3000 PS bemessen. Das Uebersetzungsverhältnis zwischen Turbine und Propeller beträgt rund 4:1, die Propeller arbeiten also bei Konstruktionsleistung mit 450 Umdrehungen in der Minute. Die Turbinen haben gemichte Bauart; sie bestehen aus einem zweikränzigen Aktionsrade und einer mit diesem vereinigten kurzen Trommel mit Reaktionsbeschaufelung. Die Zahl der Reaktionsstufen, die in sieben Gruppen geteilt sind, beträgt 32. Für die Beaufschlagung des Rades, das einen Düsenkreisdurchmesser von 1500 mm hat, dienen drei Düsenkästen mit je zwölf Düsen. Einer davon, den ein besonderes Ventil bedient, wird nur für Ueberlastung benutzt. Auf dem vorderen Wellenende jeder Turbine ist ein Fliehkraftregler angeordnet, der durch Betätigung eines Hilfsschiebers selbsttätig den Zudampf drosselt und so beim Manövrieren die Drehzahl der Turbine stets in zulässigen Grenzen hält. Mit Rücksicht auf den Ausgleich des Achsialschubes ist die Dampfeinströmung in die Turbine auf die Transformatorseite gelegt. Vor dem vorderen Turbinentraglager ist ein kleines Kammlager eingebaut, das den Schub des Primärrades, so weit dieser nicht durch den auf die Turbinentrommel wirkenden Dampfschub aufgehoben wird, aufnimmt. Da die Arbeitsweise und die konstruktiven Grundlagen des Transformators bereits mehrfach beschrieben sind,Föttinger, Eine neue Lösung des Schiffsturbinenproblems. Jahrbuch der Schiffbautechnischen Gesellschaft 1910. Kielhorn, Der Föttinger-Transformator. D. p. J. 22. März 1913 und folgende. Spannhake, Die neueste Ausführung des Föttinger-Transformators. Zeitschr. d. Vereins deutsch. Ing. 10. Mai 1913 und folg. kann von einer eingehenden Besprechung abgesehen werden. Es mögen nur die Hauptkonstruktionsmerkmale der vorliegenden Anlage hervorgehoben und hierbei die Arbeitsweise kurz besprochen werden. Wie der Längsschnitt durch den Transformator (Abb. 2) erkennen läßt, ist der Sekundärteil des Vorwärtskreislaufes zweistufig, der des Rückwärtskreislaufes, welcher der Turbine am nächsten gelegen ist, einstufig ausgebildet. Die beiden miteinander verschraubten Sekundärräder sind zusammen mit dem zugehörigen Rückwärtsrade auf dem Stumpf der Propellerwelle fliegend angeordnet. Die gleiche Anordnung zeigen die beiden einstufig ausgebildeten Primärräder für den Vorwärts- und Rückwärtskreislauf, die auf die Turbinenwelle aufgesetzt sind. Primär- und Sekundärräder sind von einem gußeisernen Gehäuse eingeschlossen, das für den Vorwärts- und Rückwärtskreislauf je einen Leitapparat trägt. Die als Turbopumpen arbeitenden Primärräder verleihen dem in dem jeweilig benutzten Kreislauf arbeitenden Wasser Druck und Geschwindigkeit. Textabbildung Bd. 329, S. 211 Abb. 2. Längsschnitt des Transformators. Beim Vorwärtsgang wird dem Wasser im ersten Sekundärrade zunächst ein Teil seiner Geschwindigkeitsenergie entzogen, worauf es im Leitapparat unter Beschleunigung verbunden mit Druckabnahme diejenige Geschwindigkeit und Richtung erhält, die es braucht, um im zweiten Sekundärrade möglichst ökonomisch zu arbeiten. Das Wasser tritt schließlich in das Primärrad wieder mit derselben Druck- und Geschwindigkeitsenergie ein, mit der es seinen Kreislauf begann. Das Primärrad des Vorwärtskreislaufes hat denselben Drehsinn wie das entsprechende Rückwärtsrad. Daher tritt beim Rückwärtskreislauf das Wasser aus dem Pumpenrade sogleich in den Leitapparat ein, der so ausgebildet ist, daß er die Bewegungsrichtung des Wasserstromes umkehrt und so dem Sekundärrade den entgegengesetzten Drehsinn des Primärrades erteilt. Im übrigen stimmt die Arbeitsweise mit der des Vorwärtskreislaufes überein. Der Rückwärtskreislauf ist so bemessen, daß seine Arbeitsleistung rund 70 v. H. der Vorwärtsleistung beträgt. Die beiden in sich geschlossenen Kreisläufe sind an eine Pumpe angeschlossen, durch die ein Ueberführen des Arbeitswassers von der einen auf die andere Seite ermöglicht wird. Es ist dies eine stehend angeordnete Zentrifugalpumpe, die ihren Antrieb von einer kleinen Aktionsturbine erhält. Die Pumpe hat nicht nur die Aufgabe, beim Manövrieren das Entleeren bzw. das Auffüllen des entsprechenden Kreislaufes zu besorgen, sie dient auch als sogenannte Rückförderpumpe, die das durch die Abdichtungen und Abflußkammern dem Kreislauf entzogene Arbeitswasser aus dem Sammeltank zurückführt und den im Betriebe befindlichen Kreislauf dauernd unter Druck hält. Textabbildung Bd. 329, S. 212 Abb. 3. Transformator mit herausgenommenem Primär- und Sekundärrotor. A Kupplungsflansch der Primärwelle. B Primärrad des Rückwärtskreislaufes. CS-kundärrad des Rückwärtskreislaufes. E Erstes Sekundärrad des Vorwärtskreislaufes. F Zweites Sekundärrad des Vorwärtskreislaufes. J Leitapparat des Rückwärtskreislaufes. K Leitapparat des Vorwärtskreislaufes. L Wassereintritt des Rückwärtskreislaufes. M Wasseraustritt des Rückwärtskreislaufes. N Wassereintritt des Vorwärtskreislaufes. P Wasseraustritt des Vorwärtskreislaufes. Q Sekundärwelle mit Druckringen. Die Lage des nicht sichtbaren, konzentrisch mit dem zugehörigen ersten Sekundärrade angeordneten Primärrades des Vorwärtskreislaufes kennzeichnet D. Die Verteilung des Arbeitswassers auf die beiden Kreisläufe besorgen zwei miteinander gekuppelte Steuerschieber, die durch einen Handhebel vom Maschinistenstand aus betätigt werden. Die beiden Schieber, von denen der eine den Einlaß, der andere den Auslaß steuert, arbeiten derart, daß, wenn der Eintritt zum Vorwärtskreislauf geöffnet ist, für den Rückwärtskreislauf der Austritt zum Tank freigegeben wird und umgekehrt. Die Steuerschieber besitzen eine Mittelstellung, bei der beide Kreisläufe durch den Einlaßschieber von der Rückförderpumpe abgesperrt sind, während der Auslaßschieber sie gleichzeitig zur Entleerung offen hält. Die durch die Reibungsarbeit des Transformators erzeugte Wärmeenergie wird dadurch nutzbar gemacht, daß das Arbeitswasser teilweise für die Kesselspeisung Verwendung findet. Zu diesem Zwecke wird jeweilig eine bestimmte Wassermenge aus dem Luftpumpensaugeraum dem Transformatortank durch ein Regulierventil zugeführt, während die gleiche Menge aus dem Tank an die Speiseleitung abgegeben wird. Der durch diese Vorwärmung des Speisewassers erzeugte Gewinn ist nicht unbeträchtlich, da die Wassertemperatur im Transformator dauernd auf etwa 75° gehalten wird. Ebenso wie vor dem Transformator ist auch hinter demselben ein Drucklager angeordnet. Es dient zur Aufnahme des restlichen Achsialschubes der Propellerwelle, soweit der Propellerschub nicht durch den Schub des Sekundärrades ausgeglichen wird. Die Abb. 3, die den aus dem Gehäuse herausgenommenen Primär- und Sekundärrotor des Transformators zeigt, läßt die Druckringe der Sekundärwelle deutlich erkennen. Von den beiden Rotoren sind beim Vorwärtskreislauf nur die beiden Sekundärräder sichtbar, das konzentrisch angeordnete Primärrad liegt im Innern verdeckt. Der Rückwärtskreislauf zeigt dagegen sowohl das einstufige Sekundärrad als auch das zugehörige Primärrad. Vor Einbau der Transformatoren in das Schiff wurde durch eingehende Prüffelderprobungen ihr Wirkungsgrad festgestellt. Die Sekundärleistung wurde wie üblich mittels Wasserbremse ermittelt. Die Primärleistung wurde nicht direkt gemessen, sondern als Summe der Sekundärleistung und der im Transformatorvorhandenen Verluste bestimmt. Die letzteren wurden kalorimetrisch durch genaue Messung der Leckwassermengen und ihrer Temperaturerhöhung festgestellt. Der Quotient der so bestimmten Sekundär- und Primärleistung gibt den hydraulischen Wirkungsgrad des Transformators. Der Gesamtwirkungsgrad ist etwas kleiner, da bei ihm zu den hydraulischen Verlusten noch die sekundären Lagerreibungsverluste hinzutreten. Aus den Versuchen ergab sich die interessante Tatsache, daß der Wirkungsgrad von der Höhe der Wassertemperatur infolge ihres Einflusses auf die Viskosität merkbar abhängig ist. Bei einer Wassertemperatur von 30° betrug der für eine Sekundärleistung von 2500 PS ermittelte Wirkungsgrad 86,5 v. H., bei 75° Wassertemperatur wurde für eine Sekundärleistung von 1100 PS ein Wirkungsgrad von 88 v. H. festgestellt. Da die Versuche zeigten, daß eine Erhöhung der Wassertemperatur bis auf 75° den Wirkungsgrad im Durchschnitt um mehr als 2 v. H. steigert, so erscheint für die Konstruktionsleistung ein Wirkungsgrad von 89 v. H. bei einer Wassertemperatur von 75°, die dauernd gehalten wird, gesichert. Die Rückgewinnung der Wärmeenergie des Arbeitswassers durch Benutzung für die Speisewasservorwärmung ist hierbei nicht mit in Rechnung gesetzt. Probefahrtsergebnisse des Dampfers „Königin Luise“. DreistündigeVolldampf-fahrt DreistündigeFahrt mit rund85 v. H. der Voll-dampfleistung mittlere Umdrehungs-zahl i. d. Min. Turbine 1827 1680 B. B.1725 St. B. Propeller 453   420 B. B.  416 St. B. sekundäre Maschinenleistung WPS 5404 2378 B. B.2236 St. B. 4614 Schiffsgeschwindigkeit               kn 20,05 – Dampfüberdruck vor den   Düsen                              kg/cm2 12,4 12,1 Höhe der Ueberhitzung              °C 39 40 Vakuum                               mmQS 718 B. B.719 St. B. 721 B. B.730 St. B. Barometerstand                      „ – 780 stündl. Dampfverbrauch   der Hauptmaschinen                 t – 1,33 B. B.1,24 St. B. 2,57 spez. Dampfverbrauch kg/WPS-std. 5,4 (geschätzt) 5,60 B. B.5,54 St. B. 5,57 stündl. Kohlenverbrauch   einschl. Hilfsmaschinen usw.  kg 3198 2867 spez. Kohlenverbrauch   einschl. Hilfsmaschinen   usw.                         kg/WPS-std. 0,59 0,62 Heizwert der Kohle             WE/kg 7500 6800 Textabbildung Bd. 329, S. 213 Abb. 4. Disposition der Maschinenanlagen einiger Revierdampfer ähnlicher Größe und Geschwindigkeit. Dampfer „Kaiser“. Direkter Turbinenantrieb Ne = 2 × 2800 WPS, n = 600; Dampfer „Königin Luise“ Turbo Transformatorantrieb Ne = 2 × 2700 WPS, nT 1800, np = 450; Dampfer „Normannia“ Turbinen mit Zahnrädergetriebe Ne = 2 × 2375 WPS, nT = 1920 bzw. 1335, nP = 300 Die mit dem Schiff vorgenommenen Probefahrten haben die Erwartungen, die an die Maschinenanlage geknüpft wurden, in jeder Hinsicht erfüllt, in der Tabelle sind die Ergebnisse einer dreistündigen Volldampffahrt mit rund 20 kn Geschwindigkeit sowie die einer gleich langen Fahrt mit 85 v. H. der Volldampffahrtleistung zusammengestellt. Bei diesen Fahrten wurde die an die Propellerwelle abgegebene Leistung mittels Föttinger-Torsionsindikator bestimmt. Der Dampfverbrauch wurde durch Messung der Temperatur und des Druckes vor den Düsen ermittelt. Jede Düsengruppe war zu diesem Zwecke vorher geeicht. Die wirtschaftlichen Ergebnisse der Probefahrten sind, wie die Tabelle zeigt, überaus günstig. Der Kohlenverbrauch der Volldampffahrt betrug einschließlich des Verbrauches der Hilfsmaschinen bei Verwendung einer Kohle mit 7500 WE/kg Heizwert nur 0,59 kg/WPS-std. Der Dampfverbrauch war entsprechend günstig, er betrug für die Hauptmaschinen allein rund 5,4 kg/WPS-std. Den passenden Maßstab für diese Zahlen gibt ein Vergleich mit den entsprechenden Probefahrtergebnissen zweier ähnlicher Schiffe, des Seebäderdampfers „Kaiser“ und des Kanaldampfers „Normannia“; ersterer hat reinen Turbinenantrieb, letzterer besitzt Turbinen mit Rädergetriebe. Während die Anlage von „Königin Luise“ der letzterwähnten Anlage an Wirtschaftlichkeit mindestens gleichkommt, übertrifft sie die direkt wirkende Turbinenanlage um nahezu 20 v. H. Einen recht wesentlichen Vorzug hat die Turbo-Transformatoranlage von der Anlage mit Rädergetriebe voraus, das ist ihre durch die höhere Rückwärtsleistung und die Schnelligkeit der Umsteuerung überaus günstig beeinflußte Manövrierfähigkeit. Die Manövrierversuche, die mit dem Dampfer „Königin Luise“ vorgenommen wurden, haben dies glänzend bestätigt. Am markantesten zeigt sich die Erhöhung der Manövrierfähigkeit in dem Einfluß des Turbo-Transformators auf die Verkürzung von Stoppweg und Stoppzeit. Bei rund 19 kn Fahrt hat „Königin Luise“ Stoppwege erzielt von etwa zwei Schiffslängen und Stoppzeiten von wenig mehr als einer Minute. Der Zeitaufwand für das Umsteuermanöver betrug hierbei im Mittel etwa 4 bis 5 Sekunden. Vergleichsversuche des Schiffes mit dem vorerwähnten Seebäderdampfer „Kaiser“ mit direktem Turbinenantrieb haben erwiesen, daß durch die Verwendung der Turbo-Transformatoranlage der Stoppweg um über 50 v. H., die Stoppzeit um rund 40 v. H. verkürzt wird. Einen interessanten Vergleichspunkt bei den Maschinenanlagen schneller Revierdampfer bietet der erforderliche Gewichts- und Platzbedarf. Leider wird hierüber im allgemeinen nur wenig bekannt. Das Gewicht der Turbinen einschließlich der Uebersetzungsgetriebe beträgt beim Kanaldampfer „Normannia“ rund 78 t; bei „Königin Luise“ erreicht es trotz etwas größerer Leistung nur 43 t. Die Gewichtsersparnis ist also recht beträchtlich. Einen ähnlichen Gewinn zeigt die Turbo-Transformatoranlage gegenüber der Maschinenanlage des vorerwähnten Dampfers „Kaiser“. Trotz der hohen Tourenzahl seiner Turbinen beträgt die Ersparnis an Maschinengewicht ihm gegenüber bei „Königin Luise“ nicht weniger als rund 40 v. H. Den verringerten Platzbedarf der Turbo-Transformatoranlage im Vergleich zu den ähnlich bemessenen Anlagen von „Normannia“ und „Kaiser“ zeigen recht anschaulich die angefügten Dispositionsskizzen (Abb. 4). Aus den gegebenen Vergleichsdaten geht deutlich hervor, daß der Turbotransformator berufen scheint, auf dem Gebiete des Schiffsantriebes eine überaus bedeutungsvolle Rolle zu spielen. Er weist nicht nur neue wirtschaftliche Ziele, sondern er wird auch allem Erwarten nach der schiffbaulichen Entwicklung einen neuen kräftigen Impuls zur Steigerung der bisher erreichten Geschwindigkeiten geben.