Dampf- und Gasturbinen: Mit einem Anhang über die Aussichten der Wärmekraftmaschinen

1171 Pages·1924·161.473 MB·German

by  A. Stodola (auth.)

DAMPF- UND GAS
TURBINEN
MIT EINEM ANHANG ÜBER
DIE AUSSICHTEN DER WÄRMEKRAFT
MASCHINEN
VON
A.STODOLA
DR. PBIL~ ~t.•~ttg., PROFESSOR AN DER EIDGEN08818CBEN TECRN. HOCHSCHULE
IN ZURICH
SECHSTE A.UFLA.GE
UNVERANDERTER ABDRUCK DER ~AUFLAGE
MIT EINEM NACHTRAG NEBST ENTROPIE-TAFEL
FüR HOHE DRüCKE UND B1 T-TAFEL ZUR
ERMITTELUNG DES RAUMINHALTES
MIT 1138 TEXTABBILDUNGEN
UND 13 TAFELN
SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG GMBH
1924
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ISBN 978-3-642-50544-7 ISBN 978-3-642-50854-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-50854-7
©Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1924
Ursprünglich erschienen bei A. Stodola-Zürich 1924
Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1924
Vorwort zur fünften Auflage.
Der Dampfturbinenbau hat seit dem Erscheinen der IV. Auflage dieses Buches, trotz
der Unterbrechung der Entwickelung durch den Weltkrieg, abermals mächtige Fortschritte
gemacht. Durch unablässige zähe Arbeit und zahlreiche Ve x besserungen im kleinen und
großen wurde die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit wie auch die Wh·tschaftlichkeit
der Dampfturbine im Brennstoff- und Ölverbrauch auf eine Stufe der_ Vollkommenheit ge
hoben, daß die beherrschende Stellung, die sie im Gebiete der Großkrafterzeugung ein-
nimmt, in absehbarer Zukunft kaum bestritten werden dürfte, ·
Diesem Fortschritt will durch Zusammenfassung des Erreichten und durch neue Bei
träge auch die neue Auflage dieses Buches dienen. Sie wendet sich in erster Linie an die
wissenschaftlich arbeiten wollenden Ingenieure und Studierenden, obschon auch der verant
wortliche Betriebsleiter Wissenswertes und vielleicht Neues in dem Buche antreffen wird.
Die wesentliche Absicht jedoch besteht im Nachweis, daß nur die wissenschaftliche Behand
lung aller Fragen dauernd, d. h. für lange Zeiträume gerechnet, das höchste Maß des Fort
schrittes und die höchste Wirtschaftlichkeit zu verbürgen vermag. G.ewiß, man kann viel
auf dem Wege reiner Empirie erreichen; ein von Haus aus hochbegabter "Praktiker'' wird
fruchtbarer wirken können als ein unpraktischer "Theoretiker!'. Aber man vergesse nicht,
welch schweres Lehrgeld schon bei einseitig auf die "Erfahrung" gegründeter Arbeitsweise
hat gezahlt werderi müssen. Eingeweihte wissen genau, wie manche Anstalt auf ein totes
Geleise geriet und abgewirtschaftet hat, ·die sich zulange sträubte die Konsequenzen der
neuzeitlichen Entwickelung zu ziehen. Nicht zuletzt, weil der eingefleisch~e Empiriker
seine Verlegenheit unter einer Mißachtung alles Wissenschaftlichen und seiner Ver
treter zu verbergen pflegt. Auf der andern Seite werden wir uns hüten in der "Theorie"
das alleimge Heil des Maschinenbauers zu erblicken. Die W'irklichkeit ist zu verwickelt,
als daß die Verästelung der zahllosen \virkenden Ursachen in voller Allgemeinheit erfaßt
und wissenschaftlich bewältigt werden könnte. Wir können das "Großexperiment", sei es
als erste Fragestellung an die Natur, sei es als Kontrolle der wissenschaftlichen Vorunter
suchung nie entbehren. Dazu tritt eine psychologisch-päda.gogische ·Erwägung. Die wissen
schaftliche Erkenntnis durchläuft zwei Stadien; das erste besteht, dem erfinderischen
Denken verwandt, in. der intuitiven Erfassung der Zusammenhänge im großen Ganzen,
das zweite bezweckt die exakte Feststellung der Verhältnisse nach Maß und Zahl. Der nur
verwaltend Leitende darf sich mit dem für die bloß rezeptive Aufnahme weitaus be
quemeren ersten zufriedengeben; der verantwortliche Konstrukteur, der das "Werk"
(und die "Werkzeichnung") zu schafftm hat, muß in das mühevolle zweite eindringen.
Mühevoll, weil die Feststellung nach Maß und Zahl fast notwendigerweise die Einkleidung
in mathematisches Gewand bedingt, mit den fatalen Möglichkeiten endlos gestei-gerter
Feinheit und logischer Schärfe, die uns unversehens bei den Wirrnissen der schwierigsten
Aufgaben der mathematischen Physik landen lassen. Hier beginnt eine Gefahr, auf die
hinzuweisen Pflicht des Lehrers ist. Auch dieses Buch macht von- mathematischen Hilfs
mitteln einfacher und verwickelterer Art Gebrauch. Möge der Studierende, wie schon das
Vorwort zur IV. Auflage empfahl, nur so viel davon aufnehmen, als er aus eigener Kraft
nicht bloß zu verstehen, sondern zu handhaben, d. h. zu beherrschen vermag. Es gilt die
dort gemachte Aussage: "Belasten wir uns mit zu viel Feinheiten der Funktionentheorie,
so verdeckt diese wie eine dunkle Wolke den freien Blick: Die geistige Frische und die
Freiheit des Gedankenspieles, die ebenso zu schöpferischen Taten, wie zur Wahrnehmung
kleinerer Vorteile erforderlich sind, gehen verloren. . . . Es kommt zum tragischen Konflikt der
(logischen) Gewissenhaftigkeit mit dem Ziele der Ingenieurtätigkeit; die an sich lobenswerte
verti~fte Erforschung des Vorhandenen wird zur Hauptsache - der technische Fort
schritt verschwindet aus dem Gesichtsfelde. Wir bleiben an den Fußangeln einer unlös-
a•
IV Vorwort.
baren Differentialgleichung hängen, währent:Hlra.ußen reiches Leben flutet und neue Erfindungs
keime sprossen." Ebenso groß ist übrigens die Gefahr, daß ob der Pflege der zweiten
Erkenntnisart die erste verkümmert, da es eine verderbliche, aber unbestreitbare Eigen
schaft der mathematischen Symbole ist, daß man sich ihrer bedienen, mit ihnen arbeiten
kann, ?hne . sich. "etwas dabei ~enken" zu müssen. Dieser pädagogischen Gefahr entgegen
zuarbeiten 1st e1ne Hauptaufgäbe der Hochschul- und der Selbsterziehung.
Der weite Inhalt des Buches bedingt ein Lesen mit Auswahl, eine Übung, die dem
Studierenden lebhaft empfohlen zu werden verdient. Die Gliederung ist denn so folgerichtig
als möglich angelegt. Für die Kenner der IV. Auflage fügen wir hier eine Obersicht der
wichtigsten Neuheiten bei.
Die neue Entropietafel I für Wasserdampf ist mit Hilfe der Eichelbergsehen Formeln für die
Zustandsgrößen des WaBBerdampfes, wohl der derzeit genaftesten und handlichsten, entworfen worden.
Wie aus Abschnitt 10 hervorgeht, darf man der Extrapolation der bekannten Versuchswerte bis gegen
80 at hin Vertrauen entgegenbringen.
Die ;J. S. Tafel ll ist für Rechnungen bei teilweiser oder völliger Unterkühlung des Dampfes
bestimmt. Die erheblich verwickeltere Natur der thermodynamischen Beziehungen, die hierbei auftreten,
hat mich veranlaßt, die Erörterung der Unterkühlung unter die Sonderaufgaben Abschn. 178-180 ein
zureiben und für- gewöhnliche Rechnungen vorerst nach Abschn. 41 ein einfaches empirisches Vorgehen
zu empfehlen. +
Die Entropietafel I für Gase setzt die spezifische Wärme in der Form ltv = a. b T mit für alle
Gase gleichem av voraus und benutzt schiefwinklige Koordinaten. Die Gastafel II enthält die mit den
witkliqhen spezifischen Wärmen gerechneten genaueren Entropiewerte und ist auf ein rechtwinkeliges
Koordinatenkreuz bezogen. ·
Neue Abschnitte sind: die Turbulenz, die Prandtlschen Grenzschichten, die Ablösung bei Ver
dichtungsstößen, Vberhrückung von Spaltverlusten, Ausdehnung im Schrägabschnitt einer Düse. Der
Wirkungsgrad der Ausdehnung ln Düsen mit Rücksicht auf die Versuche von Ohristlein, Flügel,
neue Versuche des Verfassers und Brown, Boveri & Oie. Die Topographie des Druckverlaufes in
Schaufeln; der Einfluß der Sekundärströmung in Krümmern. "Über die Schaufelreibung hiatenVersuche
von Brown, Boveri & Oie. einen wichtigen Beitrag. Neue Wirkungsgradlinien bringen Abschn. 58, 60,
wobei letztere sich auf festbleibende Auslaßwinkel beziehen, und einm.a.l·ufc10 das andere Mal ufc, wo
Ac9f2g das reine adiabatische Stufengefälle bedeutet, als Abszissen dienen. Die Summe der Umfangs
geschwindigkeits·Quadrate wird als Kennzahl nach Gebühr hervorgehoben. Daneben wurde mit Rück
sicht auf ihre Verbreitung in der Praxis auch die Parsonesehe Kennzahl, die im wesentlichen (u/c)2 ist
mitauf_genommen. Abschn. 61 enthält ·einen Versuch, den Einfluß der Beiwerte rp und 'P mit und ohne
Spaltexpansion auf den Wirkungsgrad der mehrstufigen Gleichdruckturbine festzustellen. Der aus
schlaggebende Einfluß des letzten Rades auf die Leistung einer Turbine kommt in Abbildung 238 zum
Ausdruck. Die Schaufelwirkungsgrade der Überdruckturbine sind durch ausführlichere Schaubilder und
analytische Formeln wiedergegeben. Die Theorie der Radialturbine wird mit Rücksicht auf die Ljungström
Turbine eingehender behandelt. Für die Berichtigungsziffern des Dampf- und Wärmeverbrauches bei
m
Abweichungen der Dampfverhältnisse gegenüber der Gewährleistung sind in Abschn. 66 die England
als Norm anerkannten Baumannsehen Zahlen aufgenommen. Wir verweisen auf die seither von Bau
mann 1) vorgenommenen Änderungen, die auch wir für empfehlenswert halten. Der Einfluß der Luftleere
auf den Dampfverbrauch ist einer eingehenderen Betrachtung unterworfen.
Im praktischen Teil ist zu verweisen auf die Konstruktion der Leit- und Laufschaufeln; die Er
örterungen über Verschleiß und Rost; das Verfahren von Holzer, das Differenzrechnen und das Ver
fahren von Donath zur Berechnung der Scheibenräder; die Maschinen für Massenausgleich von Lawaczek.
Heymann, Akimoff. Bei der kritischen Drehzahl sind der Einfluß der Bewegungswiderstände, die
Kreiselwirkung der schiefgestellten Scheiben, die höheren kritischen Drehzahlen, die Welle auf drei Stützen,
die Verfahren von Raleigh, Blaeß und Krause berücksichtigt. Angesichts der neuen Entwicklung der
Lagerkonstruktion mußte auf die Theorie der Schmiermittelreibung eingegangen werden. Auch die neuesten
und wertvollen Versuche, über die Lasche in seinem Buche: Konstruktion und Material, berichtet, sowie
diejenigen von B.rown, Boveri & Oie. sind ausführlich besprochen. über die l<'estigkeit der halbierten
Zwischenböden sind auf Grund neuer eigener Versuche und über die Wärmedehnung von Welle und Ge
häuse nach Frahm Angaben mitgeteilt. Der Abschnitt über die Reglerkraftgetriebe enthält die neuesten
Ausgestaltungen dieser wichtigen Mechanismen, zugleich mit den Zubehören, wie· SiclJerheitsregler, Öl
pumpen, Ölkühler und Ölleitungsplänen.
Die Turbinenbauarten wurden nach dem Vorgehen der früheren Auflage von ein- zu mehrstufigen
Ausführungen systematisch fortschreitend unter Nennung der ausführenden Anstalten besprochen. Es
schien uns, daß diesen Anstalten eine gewisse Berechtigung zusteht, ihr im Laufe vieler Jahre durch
unablässige Arbeit geschaffenes Werk in seiner Gänze dem Leser vorgeführt zu sehen. Da das Zeichnungs
ma.terial zum großen Teil noch während des Krieges beschafft werden mußte, enthält das Buch begreif-
1) Journal of the Instit. of Electr. Eng. Vol. 59, Nr. 302; Juni 1921.
Vorwort. V
lieherweise manche Lücke, die man entschuldigen wird. Der Abschnitt über die Schiffsturbine wurde
der Wichtigkeit des Gegenstandes gemäß vollständig umgearbeitet. So ist insbesondere die Zahnrad
übersetzung in Abschn. 134 ausführlich besprochen: Dabei schien uns nicht bloß in historischem Interesse,
sondern zu dauerndem Festhalten höchst schwieriger konstruktiver Lösungen und gewaltiger Ausführungen
geboten, auch die Turbine mit unmittelbarem Schraubenantriebe angemessen zu berücksichtigen. So finden
sich denn unter den Ausführungsbeispielen auch einige der größten Vertreter dieser Bauart sowie moderne
Turbinen mit Zahnradantrieb. Unter den Turbinen für Sonderzwecke erfuhr die Frisch· und Abdampf
turbine wie auch die Entnahme- und Gegendruckturbine eingehende Berücksichtigung. Die anziehende
Lösung der Turbinenlokomotive von Zoelly konnte noch aufgenommen werden. Neuere Kleinturbinen
sind in Abschn. 147a besprochen. Die Oberßächenkondensation, ist nach modernen Gesichtspunkten
umgearbeitet. Kreisel- und Dampfstrahlluftpumpen sind ausführlicher besprochen. Es schien uns ange·
messen, Betriebsfragen einen besonderen Hauptteil zu widmen, wo insbesondere die Anfressungen in
Oberßächenkondensatoren zur Sprache kommen. Unter den Sonderproblemen wurden die hydronamischen
Grundgleichungen besser ausgearbeitet; die Turbinentheorie ist durch Aufaanme des neuen Begriffes der
Zirkulation auf ein breiteres Fundament gestellt worden. Neu sind, insbesondere die Abschnitte über
Verdichtungsstoß und Verdünnungswelle; das dynamische Ähnlichkeitsgesetz; die Turbulenz; die genauere
Form der Durchflußgleichung; die Schniiennittelreibung, zweidimensional in graphischer Vereinfachung.
Die Abschnitte 178 bis 180 enthalten, wie erwähnt, das, was wir über Unterkühlung kennen, mit einer
ausführlichen Theorie und Anwendung davon auf Turbinenaufgaben. Eine bemerkenswerte zeichnerische
Integration nach Meißner ist in Abschn. 182 aufgenommen; ferner die Beanspruchung der Scheibenräder
über die Streckgrenze; die wichtigen Biegungsschwingungen der Laufscheiben; die kritischen Drehzahlen
höherer O.rdnung (allgemeiner behandelt); die Wellenschwingung unter dem Einfluß der Kreiselkräfte und
der Schwere; die kritischen Störungen 2. Ordnung, hervorgerufen durch Eigengewicht, ungleiche Elastizität,
ungleichmäßigEm Antrieb; Schaufelschwingungen unter dem Einfluß der Fliehkraft; die Festigkeit der
Kugel-, der Kegel- und der Ringflächenschale; die Ausbreitung der Temperatur beim Anwärmen der
Dampfturbine; der Kreiselverdichter.
Zum Schluß ist der Gasturbine eine eingehendere Behandlung gewidmet. Durch die
verdienstvollen Arbeiten von Holzwarth-Thyssen sind wir um wichtige Erkenntnisse und
Erfahrungen bereichert, Bekanntlich sind anderweitige Versuche großen Stiles, von starken
Kräften unterstützt, im Gange und der Vollendung nahe. Ob die Gasturbine wirtschaftlich
mit der Dampfturbine in Wettbewerb zu treten vermag ist zweifelhaft, - hängt übrigens
von so verwickelten volkswirtschaftlichen Fragen, wie Vergasungszentralen, Gewinnung und
Preis der Nebenerzeugnisse ab, daß eine bestimmte Voraussage unmöglich ist. Auf alle Fälle
werden der Industrie in Bälde betriebsfähige Gasturbinen zur Verfügung stehen und sicher
passende Sonderverwendungsgebiete ausfindig zu machen vermögen. Daher wird jedem Tur
binenkonstrukteur eine Beschäftigung mit der Theorie der Gasturbine nahegelegt.
Die "Aussichten der Wärmekraftmaschine" sind durch Aufnahme der Nernst
schen Forschungen von einem thermodynamisch festen Boden aus beurteilbar; wir wissen
heute genau, woran wir sind. Um so mehr Veranlassung hat der wissenschaftlich arbeitende
Ingenieur, mit den Grenzen des Erreichbaren vertraut zu werden, um an der großen Auf
gabe, die Wirtschaftlichkeit der Wärmekraftmaschine zu steigern, erfolgreich mitarbeiten
zu können.
Zum Schluß danke ich meinen Assistenten und Herrn Ing. 0. Keller, der die zweiten
Korrekturen las, für ihre · freundliche Mithilfe, wie auch der Ve rlagsaustalt für wirksame
Förderung während der Drucklegung.
Zürich, Ende September 1921.
Vorwort zur VI. Auflage.
Angesichts des kurzen Zeitraumes, der seit dem Erscheinen der V. Auflage verflossen ist, durfte
deren Inhalt, nach Berichtigung der Druckfehler, für die VI. Auflage unverändert beibehalten werden.
Die seither aufgetauchten wichtigsten Neuerungen und neue theoretische Beiträge sind in einem "Nach
trag" vereinigt, dessen Hauptteil die mit Rücksicht auf die modernen Bestrebungen des Dampfturbinen
baues entworfene neue Entropietafel für hohe Drücke bildet. Um den Besitzern der V. Auflage die
Möglichkeit einer Ergänzung auf den Stand der VI. Auflage zu bieten, wurde der ~achtrag auch als
Sonderabdruck in den Buchhandel gebracht.
Zürich, Ende Januar 1924. A. Sto(lola.
Inhaltsübersicht.
Seite
I. Einleitung
1
II. Die Hauptsätze der Wärmelehre.
1. Das Perpetuum mobile erster Art . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2. Das Perpetuum mobile zweiter Art und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik 4
3 Umkehrbare und nicht umkehrbare Zustandsänderungen . . . . . . • . . . . . 6
4 Der Carnotsche Kreisprozeß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
5. Kreisprozeß mit umkehrbarer Wärme-Zu- und -Abfuhr; das Integral von Clausius 9
6. Die Entropie . . • . . . . . . . . . . . . . . 10
7. Innere Energie und Wärmeinhalt . . . . . . . .. 13
8. Berechnung der Entropie für Gase . . . . . . . 13
9. Die Zustandsgröße des Wasserdampfes . . . . . 14
10. Berechnung der Zustandsgröße für Wasseräampf 17
11. Die Entropietafel für Wasserdampf . . . . 21
12. Die Tafel von Mollier . . . . . . . . . . . . . 24
13. Tafeln von Proell, Thomson und Banki . 25
14. Nicht umkehrbare Vorgänge und das Gesetz von der Zunahme der Entropie . 26
15. Nicht umkehrbare Vorgänge im Entropiediagramm, überströmen ins Vakuum, Drosselung,
Reibung nnd Wärmeleitung . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . 26
111. Die strömende Bewegung elastischer Flüssigkeiten.
A. Kanäle mit geradliniger Achse.
16. Die Energie-Gleichungen • . . . . . • • . . . . . . . . 29
17. Stetig'keitsbedingung; Integrationsaufgabe . . . . . . . . . 33
18. Das Druckgefälle bei reibungsfreier adiabatischer Strömung 34
19. Die Lavaische Düse bei adiabatischer Strömung . 35
20. Wiederholte Einschnürung. Höchstwert von G . . 39
21. Übergang aus der Überhitzung ins Sättigungsgebiet 40
22. Mit Reibung verbundene Strömungen . . . . . . 40
23. Polytropische Expansion bei vollkommenen Gasen . . . . 41
24. Reibungsarbeit und Verlust an kinetischer Energie im Entropieschaubild. Abschätzu:ng
der Reibungsarbeit . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . 42
25. Neuere Untersuchungen über die Reibung in zylindrischen Röhren : . . . . . . . . . . . 45
25a. Im Poiseuilleschen Gebiete; Kritische Strömungsgesc.hwindigkeit; Über der kritischen Ge
schwindigkeit • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
26. Integration der Strömungsgleichunge!l. für unveränderliche Temperatur . . . 49
27. Druckverlauf in gerader Leitung bei<Ausschluß von Wärmeaustausch. Die Fannolinie. Gra
phische Darstellung des Druckverlaufes . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . 50
28. Die Turbulenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
29. Versuchsergebnisse über die Reibung in Düsen. Ermittelung aus dem Druckverlauf, dem
Strahldruck, dem Rückdruck. Temperaturmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
30. Zeichnerische Ermittelung der Düsenabmessungen im Überhitzungsgebiet . . . . . . . . . 61
31. Die Düse als Diffusor. Venturimeter. Ferrantiventil . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
31a. Prandtlsche Grenzschichten und Sonderverluste im Diffusor infolge Ablösungserscheinungen 68
32. Auftreten des Dampfstoßes. Staudruckmessung und Stoß. Zustand am Düsenende 68
33. Verdichtungsstoß und Strahlablösung am Düsenende. Unstabile Dampfströmung 72
34. Strömung mit abwechselnder Erweiterung und Verengung . . . . . . . . . . . . . 78
35. Schrittweise Integration der Strömungsgleichungen. Differentialquotient des Druckes. Rolle
der Schallgeschwindigkeit 79
36. Isentropische Linien . . . . . . . . . . . . 84
37. Strahleinschnürung . . . . . . . . . . . . . 85
38. Plötzliche Erweiterung im zylindrischen Rohr . 86
39. Überbrückung von Spaltverlusten . . . . . 86
40. Ausfluß durch einfache Mündungen. Wirkliche und theoretische Ausflußmenge 87
Inhaltsübersicht. VII
Seite
41. Unterkühlung bei der Entspannung gesättigten Dampfes. Strahlbeobachtung von ltelniholtz.
Versuche von Wilson, Hirn, Cazin. Grenzen der Tropfengröße, Kapillarkräfte. Düse mit
Unterkühlung . . . . . • . . . . . . . . . . . • . . . • . • . . • . . . 96
42. Schallschwingung beim Ausströmen aus einer erweiterten Düse ins Freie . . . . . . 105
42a. Prandtls Untersuchungen über die Vorgänge bei Überschallgeschwindigkeit in freien Luft-
strahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . ; · . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . 106
43. Ausdehnung im Schrägabschnitt einer Düse. Strahlablenkung. Düsenform für "Spalt-
expansion" . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . • . • . . . . . . 112
43a. Wirkungsgrad der Ausdehnung im Schrägabschnitt bzw. im Spalt. Versuche von JoBBe und
Christlein, Flügel, Verfas8er, Brown, Boveri & Cie. • . . . . . . . . . • • . . . 121
B. Strömung in krommllnigen Kanälen (Schaufeln).
44. Turbulenz und Verdichtung in der Krümmung . . • . . . . . . . . . . . • • . . . 127
45. Druckverteilung in .Schaufeln (Leitschaufeln, Düsen, Überdruck-, Gleichdruckschaufeln). Be-
obachtungen von Löliger. Sekundärströmung. Ausflußmenge bei gekrümmten Kanälen 130
46. Reibungsverluste in Schaufelkanälen. Versuche von Briling, Rateau, Banki, Christlein,
Brown, Boveri & Cie., Verfasser . . . . . . . . . . . . . 140
4 7. Strömung durch Spalte und Labyrinthe . . . . . . . . . . . 153
48. Dampfreibung und Ventilationsarbeit der Turbinen1aufräder . . 160
IV. Der Energieumsatz in der Dampfturbine.
A. Allgemeine Beziehungen.
4!J. Feststellung der "Wirknngsgrade". Thermodynamischer, Wärme- und Brennstoffwirkungs-
grad. Innere Leistung, innerer und mechanischer Wirkungsgrad . . . . . . . . . . . . . 167
50. Gleichung der Gesamtenergie . . . . . . . . . . . . 168
51. Endzustand des Dampfes aus Verbrauch und Leistung. 169
52. Satz vom Antrieb (Impuls) . . . . . . . . 170
53. Der axiale Druck, Drehmoment am Rahmen 173
54. Die relative Bewegung . . . . . . . . . . 174
55. Hauptsächliche Turbinenbauarten . . . . . 176
56. Bezeichnungen; axialer oder Meridian-Reinquerschnitt 177
B. Axialturbinen.
57. Die einstufige Gleichdruckturbfne. Die Leitvorrichtung. übertritt vom Leitrad ins Lauf-
rad; Saugwirkung. Die Größe des Saugens. Strömung in der LaufschaufeL Die Leistung
am Radumfang. Der Wirkungsgrad am Radumfang. Veränderung des Wirkungsgrades mit
der Up:~laufzahl für eine gegebene Turbine. Umfangsgeschwindigkeit beim "Durchgehen" oder
"Freilauf" der Turbine. Überdruck und Achenschub bei Gleichdruckturbinen, insbesondere
im Leerlauf. Einfluß des im Spalt augesaugten Dampfes auf den Wirkungsgrad. Einfluß der
Radreibung. Bestimmung der Verlustzahlen aus der Kurve des Wirkungsgrades. Der Dampf
verbrauch. Die axialen Reinquerschnitte. Zahlenbeispiel. Die teilweise beaufschlagte Turbine . 179
58. Einstufige Druckturbine mit mehreren Geschwindigkeitsstufen. Mit reiner Gleichdruckwirkung.
Mit leichter Überdruckwirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . 192
59. Mehrstufige Gleichdruckturbine. Die Zustandsdarstellung. Betrag der rückgewinnbaren
Reibungswärme. Einfluß der Radreibung. Einfluß der Undichtheit . . . . . . . . . . . 199
60. Turbine mit Verwertung der Auslaßenergie. Zustandskurve. Der gewöhnliche und der
"Schaufelwirkungsgrad". Fest eingestellter Austrittswinkel {J2• Rechnerische Darstellung von
1'Js als abhängige vom Verhältnis g = ujc1 bei {J1-,--{12• Abhängigkeit des Schaufelwirkungs
grades vom Verhältnis g = ufc. Die Summe der Umfangsgeschwindigkeitsquadrate
K = zu 2• Umfangsgeschw0 indigkeit beim "Durchgehen" oder im Leerlauf der Turbine 205
61. Neuentwurf der vielstufigen Gleichdruckturbine. Die Zwischenwirkungsgrade. Ausschlaggeben-
der Einfluß des letzten Rades und Zahlenbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
62. Die tl"berdruckturbine. Der Rückdruck (die "Reaktion"). Die einstufige Überdruckturbine
ohne Undichtheitsverlust. Kongruente Zeit- und Laufschaufeln mit gleicher Axialgeschwin
digkeit. Leistung am Radumfang. Veränderlichkeit· der sekundliehen Dampfmenge und des
Wirkung~grades bei wechselnder Umfani!Bgeschwindigkeit. Einfluß der Tindichtheit über die
freien Schaufelenden hin. Gesetz der WiderstandszahL Größe der Beiwerte rp , lfJ und der
Widerstandszahlen (;11 (;2 • . • • . . . . . • . . . • • • • • • • • • • • • 219
63. Die mehrstufige Überdruckturbine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
64. Die vielstufige tl"berdruckturbine. Entwurf auf Grund einer erfahrungsmäßig angenommenen
Zustandskurve. Graphische Integration bei sehr vielen Stufen. Wirkungsgrad, Dampfver
brauch, Schaufelabmessungen. Genauere Ermittelung der Zustandskurve aus den Geschwindig
keiten und den als bekannt vorausgesetzten Widerstandszahlen. Der Schaufelwirkungsgrad.
Einfluß der Drehzahl und des Auslaßverlustes. RechnerischP Ermittelung des Zustands-
verlaufes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
C. Radialturbinen.
65. Die Hauptgleichungen für den sich gleichmäßig drehenden Kanal beliebiger Form. Die Gegen-
laufturbine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.50
VIII Inhaltaliberaicht.
Seite
D. VerhaUen der Dampfturbine unter verlinderten Betrlehsverhältnissen.
66. Berichtigung des Dampf- und Wärmeverbrauches mit Rücksicht . auf kleine Druck- und
Temperaturabweichungen gegenüber der Gewährleistung (bei gleichbleibender Umlaufza.hl).
Die theoretisehen Werte. Erhöhung der Anfa.ngsspa.nnung. Erhöhung der Uberhitzungs
tempera.tur. Einfluß der Kondensatorspannung • . · . • . . . . . . . . . . . • . • . . • • 256
66a. Die tatsächliche Verschiedenheit des Dampfverbrauches für die PS.fst bei Turbinen gleicher
Stufenza.hl, gleicher Umfangsgeschwindigkeit, gleichem Auslaßverlust • . . • . • • . . . . 258
66b. Berichtigung des Dampfverbrauches, wenn die Dampfverhältnisse von der Gewährleistung
ab weichen • . • . . . • . . . . . • . . • . • . ~ . . . . • . . • . . . . . . . . . . 260
67. Druckverlauf und Dampfgewicht bei größeren Druckänderungen und gleichbleibender Umlauf-
zahl. Der Kegel des durchströmenden Gewichtes bei höherem Gegendruck . . . . . . . 261
68. Theoretische Ermittelung des Druckverlaufes für eine gegebene Turbine. Die v9-Methode.
Auftindung der Schallgeschwindigkeitspunkte. Willkürlich vorgeschriebener Gegendruck. Ver
änderliche UmlaufzahL Drosselung und Verringerung der Umlaufzahl . . . . . . . . . . 263
69. Theorie dt>s Einflusses der Luftleere auf den Dampfverbra.uch. Beschränkter Nutzen einer
Vertiefung unter die Schallgrenze. Vorgänge in der LaufschaufeL Gleichdruckturbine. Über-
druckturbine . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
69a. Dampfverbrauch und Gewichte von Turbinen gleicher Bauart, aber verschiedener Leistung 278
V. Konstruktion der wichtigsten Turbinenelemente.
70. Leit- und Laufschaufeln. Schaufelformen. Konstruktion und Befestigung . 281
71. Festigkeit der Laufschaufeln. Statische und dynamische Beanspruchung. Schwingung 293
72. Schaufelbaustoffe • . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
72a. Verschleiß und Rosten der Schaufeln (Vergl. Abschn. 158) . . . . . . . . . . . . . 303
73. Konstruktion der Leitvorrlchtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
74. Die Berechnung der Scheibenräder. Das Gesetz von Guest-Mohr : . . . . . . . . . . . 312
75. Die Scheibe gleicher Festigkeit ohne Bol,trung. Grenzen der Ausführbarkeit . . . • . . . . 315
76. Scheibe gleicher Dicke. Durchlochte S<·heibe mit freien Rändern, mit vorgeschriebenen radia.len
Randspaimungen. Volle Scheibe. Die Gefahr der Anbohrung Ansichten über die "zulässige"
Beanspruchung in einer Bohrung . . . . . . . . . . • . . • . . . . . . . 318
77. Berechnung der Nabe. Schwach beanspruchtes Rad mit großer Bohrung. Stärker bean-
spruchtes Rad mit kleiner Bohrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
78. Scheibe mit hyperboloidischem Profil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
79. Beanspruchung der Scheibenräder bei ungleichmäßiger Erwärmung Allgemeiner Fall. Scheibe
gleicher Dicke. Hyperboloidische Scheibe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
80. Graphische Scheibenberechnung aus der Formänderung. Verfahren von Holzer . . . . . . 329
81. Beanspruchung einer gegebenen Scheibe. Rechnerisch; mit kleinen Differenzen. Aufgepreßte
Scheibe im Ruhezustand. Verfahren von Donath . . . . . . . . . . . . . 334
82. Geometrisch ähnliche Räder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
83. Die Rad-Trommeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
84. Befestigung der Trommel und der Weile. Lockerwerden. Moderne Befestigungsarten 342
84a. Baustoffe und Beanspruchung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
85. Die Kupplung zwischen Turbine und Dynamo . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . 350
86. Der Massenausgleich ,rasch umlaufender starrer Körper. Theorie der Federausgleichvor-
richtung. Verfahren von Lawaczek-Heymann, Akimoff .................. 351
87. Die Berechnung der Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
88. Kritische Winkelgeschwindigkeit für ein einzelnes Rad auf ~ewichtsloser Weile. Die bieg
same Welle von de Lava!. Eigenschwingung der ruhenden Welle und kritische Umlaufzahl.
Einfluß der Bewegungswiderstände und der Lagerlänge . . . . . . . • . . . . . . . . . 3'58
89. Kreiselwirkung infolge der Schiefstellung der Scheiben. Präzession im Gleich- und Gegen·
lauf. Vektor des Dralls. Fliegende Scheibe. Beliebig geformte Schwungmasse . . . . . . 363
90. Kritische Winkelgeschwindigkeit bei zwei oder mehreren Einzelrädern auf masseloser Weile . 369
91. Stetig belastete Welle (ohne Rücksicht auf Kreiselkräfte). Der Knesersche Massenausgleich.
Glatte Welle. Durchbiegung durch das Eigengewicht. Eigenschwingung und kritische
Drehzahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . · . . . . . . . . . 372
92. Graphische Ermittelung der kritischen Drehzahl. Versteifende Wirkung eines Ankers.
Gleichwertige konzentrierte Massan. Berücksichtigung der Kreiselkrafte. Höhere kritische
Drehzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
Weile auf drei Stützen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - . . . . 388
93. Auf die Formänderungsarbeit gegründete Berechnung der kritischen Drehzahl. Satz von
Rayleigb. Verfahren von Morley, Kuli, Blaeß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
H4. Formel von Dunkerley. Verfahren von Krause . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
95. Versuche über die kritische Geschwindigkeit von Wellen. Einfluß der Zähigkeit des umgeh.
Mittels und der Drehschwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
116. Die Dlmpftnrbinenlager. Theorie des ebenen Gleitlagers; graphisch; analytisch nach Rey-
uolds. Spurlager von MirhelL Theorie des Halslagers. Konstruktionsbedingungen 399
Versuche von Stribt>ck, Lasche, Brown, Boveri & Cie, N ewbegin . . . . . . . . . . . 409
Konstruktive Ausbildung der Lager .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
97. Die Stopfbüchsen. Labyrinthdichtung, Wasserabschluß. Feste Liderung. Abdichten der
Zwischenwände. Regelung des Sperrdampfes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
Inhaltsübersicht. IX
Seite
98. Die Turbinengehäuse. Festigkeit der Zwischenböden. Führung des Dampfstromes im Aus.
puffgehäuse . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
Wärmedehnung und Gefahr rauben Anlassens. Verschiedenheit der Dehnung von Welle und
Gehäuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
99. Die Regelungsverfahren. ÜbP-rlastungsventile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446
100. Regler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
101. Kraftgetriebe der mittelbar wirkenden Regler. Unbrauchbarkeit des Getriebes ohne Rück
führung. Jsodrome Regulierung. Negative Ungleichförmigkeit. Gestalt der Kraftkurve.
Größte Geschwindigkeitsschwankung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
102. Ausführungsformen der Reglergetriebe. Die "Vnruhe". Gestängeloses Getriebe. Hydraulische
Regelung 459
Sicherheitsregler, (npu~pe~, ÖikUhl~r: ÖU~it~~ge.n: : : : : : : : . . . . . . . . . . . . 472
VI. Die Dampfturbinenbauarten.
103. Turbine von de Lava! in der ursprünglichen einstufigen Ausführung 479
10 4a. Turbine von Seger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486
104b. Turbine der A.-G. Kühnle, Kopp & Kausch (~Elektraturbine~) 487
105. Turbine von Riedler-Stumpf ............... . 493
105a. Turbine von Terry . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495
106. Turbine der General-Electrie·Company • . . . . . . . . 496
10 6a. Turbine von Schulz . . . . . . . • • . • . . . . . . . 506
107. Turbine de.r Allgemeinen Elektrizitäts-Gesellschaft Berlin 508
108. Turbine der Bergmann-Elektrizitätswerke A.-G. Berlin . 526
109. Turbine von Zoelly . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
110. Turbine der Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg A.-G. 539
llOa. Turbine der Aktiengesellschaft Weser in Bremen ... 541
111. Turbine von Gehr. Stork & Co. in Hengelo . . . . . . . . . . . . . 543
o
112. Turbine der Aktiebolaget de Lava! Angturbin in Stockholm, mehrstufige Ausführung 546
113. Turbine von Rateau . . . . . . . . . . . . . . . . . 548
114. Turbine der Maschinenfabrik Oerlikon . . . . . . . . . 551
115. Turbine der Skodawerke, Pilsen . . . . . . . . . . . . . . . 555
116. Amerikanische Gleichdruckturbinen: Rarnilton Holzwarth. C. V. Kerr, Dake 557
117. Turbine von Parsone . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558
117a. Turbine der "Westinghouse Electric & Mannfactoring Co." . 562
117b. Die Baumannturbine der Metropolitan-Vickers-Electrical Co. 570
118. Turbine der A.-G . .Brown, Boveri & Cie., Baden-Mannheim 574
119. Turbine von Melms & Pfenninger . . . . . . . . 587
120. Turbine von Thyssen-Röder .......... . 592
121. Turbine der Gutehoffnungshütte ........ . 596
122. Turbine der Ersten Brünner Maschinenfabrik A.-G. 596
123. Turbine von F. Tosi in Legnano ........ . 599
124. Turbine der Allis-Chalmers Co., Milwaukee .•........ 601
125. Turbine der A.-G. Gebr. Sulzer, Wintertbur und Ludwigshafen . 603
126. Turbine von Eyermann . 610
127. Turbine von Ljungström 611
128. Turl>ine von Zoonicek . 622
128a. Turbine von Lindmark . 623
VII. Die Schiffsturbine.
Einleitung . . . .....•. 625
A. Schiffsturbine mit unmittelbarem Schraubenantrieb.
129. Teilung der Leistunl!'; Schaltungen. Überdruckturbine mit Reihenschaltung; Gleichdruck
turbine mit Einzelwellenantrieb. Gemischte Systeme. Föttinger-Sc~ltung. Röllig-Schaltung.
Turbine mit Kolbenmaschine . . . . . . • . . . . . . . 627
130. Der Ausgleich des axialen Schraubendruckes . . . . . . . 630
130a. Die Rückwärtsturbine . . . . . . . . . . • . . . . . . • 631
131. Zahlenbeispiel einer Vierwellenanlage mit Reihenschaltung . 632
131a. Berechnung der Marschturbinen . • . . . . • . . . . . . 636
131b. Verhalten der Hauptturbinen während der Marschfahrt . . 637
B. Turbinen mit mittelbarem Schraubenantrleb.
132. Die elektrische Kraftübertragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . · 639
133. Der Umformer von Föttinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
134. Kraftübertragung mittels Zahngetriebe . . . . . . . . . • . • . . . . • . . . • 647
Konstruktive Ausbildung der Allgemeinen Elektrizitäts Gesellschaft; Brown, Boveri & Cie.
Wirkungsgrade . • . • . . . • • • • • . . 657
134a. Manövrier- und Umsteuerungsvorrichtungen . . . . . . . . 662