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Turbine Zur Erzeugung von mechanischer Arbeit aus vorhandenen Energien
verwendet man entweder Kolbenmaschinen oder Turbinen. Besonders das Gebiet der großen
Leistungen wird heute durch die Turbinen beherrscht, da diese gegenüber den Kolbenmaschinen
wesentliche Vorteile-aufweisen. Diese sind a) äußerste Einfachheit der eigentlichen
Maschine; 1>) hohe Drehzahlen sind leicht zu erreichen wegen des Fehlens der hin
und her gehenden Massen und der damit verbundenen Beschleunigungskräfte; c) das
Kraftmittel greift am Umfang an, woraus sich ein großes und gleichbleibendes Drehmoment
ergibt; (_I) mechanische Reibung tritt nur in den Lagern auf, die von außen leicht
zugänglich sind.
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Dein stehen aber auch Nachteile gegenüber, wie z. B. die Reibung des
Kraftmittels (Wasser, Dampf, Gas) an den Turbinenschaufeln, Spaltverluste, teuere
Zusatzanlagen (z. B. Dampfkessel mit Zubehör und Leitungen, Staubecken für Wasser,
Kessel zur Erhitzung von Gasen, Wärmeaustauscher usw.), Gefahr des Durchgehens,
also der Erreichung zu großer Drehzahlen infolge Versagens der Regler (wobei leicht
die Festigkeit des Materials überschritten wird).
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Durch die hier beschriebene Turbine wird versucht eine Verbesserung
zu schaffen.
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Das hauptsächliche Merkmal der neuen Turbine besteht darin, daß die
rotierenden Schaufeln mit dem Turbinengehäuse verbunden sind, so daß im Gegensatz
zu den üblichen Turbinen das Gehäuse finit den Schaufeln umläuft.
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Bei der neuen Turbine bleiben Spaltverluste ausgeschlossen, weil sie
keinen Spalt besitzt durch den
(las l',etriel)sniittel (unter Umgehung
der Schaufeln) von der Eintrittsseite nach der Austrittsseite strömen kann. Falls
sie als Wasserturbine -,-erwendet wird, so bleibt die Relativbewegung (les Wassers
entlang der Schaufeln gering. Dadurch wird nicht nur Reibung gespart, sondern es
Fällt auch die Gefahr der Cavitation fort. Die Beschaufe-Ititig ist billig, (la
sie in der Hauptsache aus ebenen Blechen besteht. Die Möglichkeit des Durchgehens
wird stark vermindert, da bei dieser Turbine die Fliehkraft der Strömung des Antriebmittels
entgegenwirkt und mit dem Quadrat der Drehz alil zunimmt (dadurch liegt die Leerlaufdrehzahl
nicht mehr ittn ein vielfaches höher als die Arbeitsdrehzahl). Die Kraftabnahme
ist einfach, weil das Gehäuse selbst hierzu herangezogen werden kann, sei es rtin
als Riemscheibe, als Rotor für Zentrifugalpumpe, als Träger der :Magnetwicklung
eines Generator:, als Ventilator usw. Als Wasserturbine kommt sie besonders für
hohe Drücke und kleine M(@ngen in Betracht, besitzt aber dabei dem Peltonrad gegenüber
(leg Vorteil, daß sie die volle Drucklii-ilie bis zum Unterwasserspiegel
ausnützen kann. Der Eintritt des Betriebsmittels kann, je nach Wahl, durch einige
Düsest oder eine große Zahl derselben erfolgen, oder es ist auch volle Beaufschlagung
möglich wie (las bei Francisturbinen üblich ist.
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Die Arbeitsweise einer solchen Dreligeliätiseturbine beruht auf folgenden
Grundsätzen: a) Der Druck des :\rbeitsmittels (z. B. Wasser, Dampf, Gas) wird in
Düsen oder Leitschaufeln in bekannter Weise in Bewegungsenergie umgesetzt; 1)) die
Bewegungsenergie erzeugt infolge tangentialen Austritts de, Wassers einen Wirbel;
c) dieser Wirbel preßt sich durch die eigene Fliehkraft fest an die linwnwand des
Gehäuses an; d) da das Gehäuse mit etwa gleicher Geschwindigkeit wie der Wirbel
rotiert, tretcn Reibungsverluste hierbei praktisch nicht auf: e) falls aber der
Wirbel größere WinkelgescIlwindigkeit als das Gehäuse besitzt (z. B. beim Anfahr_n),
so wird das Gehäuse durch die Flüssigkeitsreibung an der Wand mitgenommen. also
tim-Z, f) infolge des Druckes im Gehäuse (und der Scli\\-erkraft) senkt sich der
Wirbel in den mit ilcni (@eh@iuse fest verbundenen Schaufelkranz; g i z\\ iscitcn
den Schaufeln gelangt die Flüssigkeit (oder der Dampf oder das Gas) vom Umfang -regen
die Mitte, fließt also radial nach innen, dadurch wird hei gleicher Winkelgeschwindigkeit
die absolute Geschwindigkeit verringert, der Unterschied der lebendigen Kraft äußert
sich als Druck auf die Schaufeln und (liegt zum Antrieb der Turbine; lt) nahe der
Achse gelangt die Flüssigkeit oder das (las oder der Dampf mit stark verminderter
Geschwindigkeit in das axiale -Ablaufrohr (bei Bedarf über gebogene Schaufelenden)
und dadurch entweder ins Freie (oder in das Unterwasser) oder in die nächste Stufe
der Turbine, die in gleicher Weise gebaut ist wie die beschriebene; i) ist die Gehäusegeschwindigkeit
bei der Arbeitsdrehzahl die gleiche wie die Wirbelgeschwindigkeit, so stehen die
Schatifelkiipfe senkrecht, ist sie kleiner so sind sie der Strömung entgegengebogen,
ist sie größer so sind sie in der Strömungsrichtung geneigt (wie also bei Francisturbinen
üblich) : 1) die Gesamtleistung der Turbine ergibt sich aus dein durchgesetzten
Flüssigkeits- (oder Dampf- oder Gas-) Gewicht, dem Geschwindigkeitsverlust und dem
Wirkungsgrad nach den bekannten Formeln.
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Die Abb. I zeigt das schematische Ausführungsbeispiel für eine senkrechte
Turbine für Wasser, Abb. 1I einen Schnitt durch den Schaufelkranz nahe dem Einlauf,
Abb. III einen solchen etwas tiefer, Alb. IV eine durch die 1)iisensclieil)e.
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Es bedeuten hierin: i (las Drehgehäuse, 2 den Gehäusedeckel. 3 den
Schaufeldeckel, .f die Düsenscheibe mit Zulaufrohr (feststehend), 5 die Stopfbüchsenbrille,
6 die Schaufeln (mit Gehäuse und Schaufeldeckel fest verbunden), 7 eine Riemscheibe,
das Ablaufrohr (mit Gehäuse fest verbunden), 9 die Brille der Ablaufstopflriichse,
io die Ablaufstopfbüchse; i i stellt den Zulauf dar, 12 den Laufkanal zur Düse,
13 die Düse in tangentialer Richtung.
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Das Wasser tritt von oben nach .4 ein und gelangt über 1i, 12,
13 in (leg Wirbelraum 14, Von hier läuft es zwischen den Schaufeln 6 und
8 und durch io z. B. in das U nterwasser. Getragen wird die Turbine durch die Lager
i 5, 16, 17.
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Diese Turbine arbeitet als L'berdruckturbine. Nimmt die Drehzahl zu,
so wächst die Zentrifugalkraft des Betriebsmittels zwischen den Schaufeln mit dem
(Quadrat der Geschwindigkeit. Dadurch steigt der Druck im Wirbelraum 14 an, "\-odurch
die Zuflußgeschwindigkeit aus den Düsen verringert wird oller (bei Leerlauf) fast
aufhört. Falls von einer konstanten Drehzahl abgesehen wird, so entnimmt die Turbine
also jeweils aus den Düsen nur soviel Wasser. als sie gerade zur Leistung der geforderten
Arbeit benötigt. Sie besitzt dann eine ähnliche Kennlinie wie ein I-Iaul)tsclilußlnotor
für elektrischen Gleichstrom.
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Es soll für die hier vorgeschlagene Turbine ohne Belang bleiben: a)
Welche Flüssigkeiten oder Dämpfe oder Gase als Betriebsmittel Verwendung finden,
b) ob die Turbine sich um eine lotrechte oder waagerechte Achse dreht, c) wie die
Regelung erfolgt, d) wie der Zufluß und Abfluß erfolgt, e) wie die Leistungsabgabe
et-folgt, f) wie die Konstruktionseinzelheiten ausgeführt sind, solange sie dein
geschilderten Prinzip dienen.