Schiffsmodelle mit Dampfturbinenantrieb

    • Schiffsmodelle mit Dampfturbinenantrieb

      Wenn man sich bei der Wahl des Antriebes eines Schiffsmodellsfür für eine Modell-Dampfturbine entscheidet, sind vor dem Bau einige notwendige Überlegungen anzustellen.
      Frust und Enttäuschung über das Bauergebnis sind bis zu einem gewissen Maße vermeidbar, wenn man sich bereits in der Planungsphase eines Projektes über die wesentlichen Eckdaten des Antriebs Klarheit verschafft.
      Die Vorstellungen über die Funktion der Dampfturbine sind häufig vom Wasserrad oder der Wasserturbine geprägt. Dampf verhält sich aber physikalisch anders als Wasser.
      Während im Wasserrad oder der Wasserturbine die Bewegungsenergie der Wassermasse in mechanische Arbeit umgewandelt wird, handelt es sich bei der Dampfturbine um eine Wärmekraftmaschine, in der Wärmeenergie in Arbeit umgeformt werden soll.
      Der Wasserdampf dient dabei als Träger der Wärmeenergie. Die Höhe des Arbeitsvermögens von Wasserdampf ist dabei gleichbedeutend mit der in ihm vorhandenen Wärmemenge bzw. seinem Wärmeinhalt.
      Bei „Echt-Dampf“-Betreibern beschränken sich die theoretischen Kenntnisse über den Wasserdampf nicht selten auf den Zusammenhang von Druck und Temperatur.
      Die Beziehungen der weiteren Zustandsgrößen des Dampfes, wie Wärmeinhalt, Dampf-Gehalt bzw. Feuchtigkeitsgrad oder spezifisches Dampfvolumen sind weithin ebenso unbekannt, wie ihr Einfluss auf Maschinenleistung und Dampfverbrauch.
      Das Arbeitsvermögen des Dampfes beruht auf seinem Bestreben sich auszudehnen; zu expandieren. Diese Expansions-Energie ist in Wärmekraftmaschinen in zwei Formen nutzbar:

      1. Potentielle Energie oder ruhende Energie in Form von Dampfdruck.
      2. Kinetische Energie oder Bewegungsenergie in Form von Dampfgeschwindigkeit.

      Den Dampfdruck mit seiner Kraftwirkung auf die Fläche des Kolbens nutzen wir in der Kolbendampfmaschine über den Kurbeltrieb zur mechanischen Arbeit.
      In der Dampfturbine hingegen wird der Dampf durch die frei werdende Energie bei der Expansion in den Düsen auf eine bestimmte Geschwindigkeit beschleunigt.
      Aus ruhender Energie wird Bewegungsenergie, die durch Schaufelräder in mechanische Arbeit umgewandelt wird.

      Mit der Energie eines Dampfstrahls lässt sich zwar so ziemlich alles was irgendwelche Angriffsflächen bietet und sich dreht, auch in Bewegung versetzen, aber meistens mit fragwürdigem Nutzen und einem hohen (Dampf)-Preis.
      Die meisten Modell-Dampfturbinen kennzeichnen sich durch zu geringe Leistung bei zu hohem Dampfverbrauch. Die Ursachen hierfür liegen nicht selten an Unzulänglichkeiten der Konstruktion u.a. mit hohen Wärme- also Energieverlusten und den häufig sehr ungünstigen oder völlig falschen, thermischen Betriebsbedingungen.
      Fälschlicher Weise wird immer wieder davon ausgegangen, dass der Energieimpuls, also die Stoßkraft des Dampfes die Schaufeln des Turbinenlaufrades treibt. In Wirklichkeit ist es aber die, als Bahndruck bezeichnete Zentrifugalkraft der Dampfteilchen beim möglichst reibungs- und wirbelfreien Durchströmen der Schaufelkrümmungen.
      Dem richtigen Schaufelprofil kommt daher eine besondere Bedeutung zu.

      Die Leistung einer Dampfturbine ist von der durchströmenden Dampfmenge, sowie deren Zustandsgrößen abhängig. Von der durchströmenden Dampfmenge, sowie den jeweils vorherrschenden Werten von Dampfgeschwindigkeit und spezifischem Dampfvolumen werden die Querschnitte der Dampfkanäle von Düsen, Lauf- oder Leitschaufel oder Leitkammern bestimmt.
      Anzahl, Form und Winkel von Schaufeln und Düsen sind mit dem zu verarbeitendem Wärmeinhalt des Dampfes, also den Werten Druck, Feuchtigkeitsgehalt oder Überhitzungstemperatur in Einklang zu bringen.
      Um einen optimalen Wirkungsgrad am Rad zu erzielen, muss die Dampf-Geschwindigkeit am Düsenaustritt in einem bestimmten Verhältnis zur Umfangsgeschwindigkeit, also dem Durchmesser und der Drehzahl des Laufrades stehen.
      Die Dampfgeschwindigkeit am Ausgang der Düse oder der Düsen ist wiederum vom Dampfdruckgefälle oder richtiger, vom Wärmegefälle abhängig.
      Das Wärmegefälle ist die Differenz des Wärmeinhaltes vor und nach der Expansion und ist in etwa mit einem Wasserfall vergleichbar; je höher das Gefälle ist, umso höher ist die verfügbare Energie.
      Erst die optimale Abstimmung aller mechanischen und thermischen Größen bringt bei Dampfturbinen die geforderte Leistung bei akzeptablem Dampfverbrauch.
      Ein Vorgehen nach dem „Gefühl aus dem Bauch“ wird eine Kolbenmaschine bis zu einem gewissen Maß tolerieren, ein befriedigender, vor allem wirtschaftlicher Turbinenbetrieb ist aber damit schwer möglich. Man wird also vor der Turbinenkonstruktion um einige ggf. auch rechnerische Festlegungen nicht herum kommen.

      Größe und Gewicht des Schiffsmodells.
      Modellgeschwindigkeit und Fahrzeit.
      Antriebsleistung (…vergleichbarer E-Antrieb).
      Typ und Größe des Dampferzeugers.
      Verdampfungsleistung und Kapazität des Kessels.
      Art und Qualität des erzeugten Dampfes.
      Kesselspeisung?
      Kondensat-Gewinnung?
      Antriebsstrang direkt (mech.) oder turbo-elektrisch.
      Leistung, Größe und Bauart der Turbine.
      Das vermeintlich Schwierige leicht verständlich machen.

      Gruß Georg

      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von Turbo-Georg ()

    • Dampfturbine statt Kolbendampfmaschine!
      Beide Maschinen-Bauarten haben neben ihren Vorzügen auch Schwächen.
      Vor der Entscheidung für den Bau einer von beiden, muss daher eine Abwägung von Vor- und Nachteilen stattfinden.
      Die Erbauer von Standmodellen werden der Modell-Dampfturbine nur eingeschränkte Sympathie entgegen bringen können, obwohl es seinen Reiz haben dürfte, den Turbo-Satz eines Kraftwerkes nachzubauen. Was gegenüber einer Kolbenmaschine an „Action“ fehlt, wird durch den besonderen „Sound“ ausgeglichen.
      Der Einsatz der Dampfturbine als Antrieb für ein Schiffsmodell dürfte deshalb im Vordergrund stehen; hier kann sie ihre Vorteile gegenüber dem Kolbenantrieb zur Geltung bringen.
      Der niedrigere Bauaufwand sowie der geringere Platzbedarf sind im Vergleich mit einer Kolbenmaschine gleicher Leistung ebenso wichtige Faktoren, wie günstiges Leistungsgewicht und Laufruhe. Die Turbine lässt sich leicht in Gang setzen und erfordert kaum Wartung.
      Nachteilig ist, dass sie sich nicht umsteuern lässt, das heißt sie kann nicht rückwärts laufen. Der Einsatz einer zusätzlichen Rückwärts-Turbine, wie im früheren Großbetrieb, wird nicht nur am erhöhten Aufwand, sonder auch an der längeren Reaktionszeit der meist kalten Turbine scheitern. Weiterhin ist die, zumindest für den Schiffsantrieb, recht hohe Drehzahl und die eingeschränkte Drosselbarkeit problematisch.
      Zur Bewältigung dieser Probleme bieten sich jedoch eine Anzahl interessanter Lösungen.
      Wir werden uns im Rahmen dieser Beitragsreihe diesen Themen widmen.
      Eines sollte aber grundsätzlich bedacht werden: Die, durch sorgfältige Ausführung der Modell-Turbine erzielte Nutzleistung sollte nicht mehr als unbedingt nötig durch Einrichtungen für Drehzahlreduzierung oder Drehrichtungswechsel wieder vernichtet werden. Auch hier ist auf optimale Funktionalität und Leichtgängigkeit zu achten.
      Die besten Resultate wird man wohl immer dann erreichen, wenn man die vermeintlichen Schwächen der Dampfturbine als Stärken nutzt.
      Wie im früheren Großbetrieb, bietet beispielsweise der Turboelektrische Antrieb nicht nur die günstigsten Betriebsbedingungen für eine Dampfturbine, sondern ggf. auch die Nutzung der elektronischen Antriebsregelung.
      Mechanische Einrichtungen zur Drehzahlreduzierung und zum Wechsel der Drehrichtung würden entfallen. Das Gewicht des Generators und der Elektromotoren muss allerdings in Kauf genommen werden. Die Möglichkeit der besseren Gewichtsverteilung, sowie der Einsatz von Querstrom-Propeller oder Aktivruder rechtfertigen aber gewissermaßen den höheren Aufwand.
      Das vermeintlich Schwierige leicht verständlich machen.

      Gruß Georg

      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von Turbo-Georg ()

    • Anforderungen an die Qualität des Dampfes
      Eine Modell-Dampfturbine erbringt die geforderten Werte für Leistung, Drehzahl und Dampfverbrauch unter recht eng tolerierten Betriebs-Bedingungen. Auch kleine Änderungen der zu Grunde gelegten Voraussetzungen haben häufig eine große Auswirkung.
      Eine besondere Bedeutung kommt dabei stabilen, exakt nachvollziehbaren Dampfwerten zu.
      Betreiber von Modell-Dampfkesseln kennen meisten nur den Dampfdruck p. Andere Zustandsgrößen des erzeugten Dampfes sind dagegen unbekannt.
      Erfahrungsgemäß ist der Dampf aus Modell-Kesseln zu nass. Eine Kolben-Dampfmaschine kann solchen Dampf recht klaglos schlucken. Ein zuverlässiger Turbinen-Betrieb ist aber damit nicht möglich.
      Wir sind bei unseren bisherigen Betrachtungen vom Betrieb mit Sattdampf x = 1 ausgegangen. Dieser seltene Grenzzustand zwischen Nass- und Heißdampf wird in der Praxis aber nicht erreicht, solange der Dampf mit Kesselwasser in Kontakt steht.
      Die Erreichung dieses Dampfzustandes ist auch nicht ohne Weiteres messbar.
      Das Kessel-Manometer oder ein Thermometer allein, gestattet im Nassdampfgebiet keine Rückschlüsse auf den Dampfgehalt x und damit auf die wichtige Höhe des Wärmeinhaltes i.
      Erst im Heißdampfgebiet ist durch die Überhitzungs-Temperatur tü und den Dampfdruck p eine eindeutige Aussage über den Dampfzustand möglich.
      Es ist also schon aus diesem Grund sinnvoll eine Modell-Dampfturbine mit überhitztem Dampf zu betreiben (von Heißdampf spricht man allgemein erst ab 2000 C).
      Bei Nassdampf-Betrieb haben die im Dampf enthaltenen Wassertröpfchen eine bremsende Wirkung und verursachen u.U. eine Zerstörung der Schaufeln.
      Die Wassertröpfchen sind schwerer als Dampf und treten mit einer geringerenGeschwindigkeit als der Dampf in die Schaufeln ein.
      Ihre relative Eintrittsgeschwindigkeit bekommt eine andere Richtung als die des Dampfes. Die Wassertröpfchen treffen daher auf den Schaufelrücken.
      Sie hemmen die Bewegung des Laufrades und können durch Erosion die Schaufeloberfläche zerstören.

      Wir können bei unverändertem Wärmegefälle ht den höheren Wärmeinhalt i des überhitzten Dampfes kaum nutzen; seine zusätzliche Wärmeenergie geht mit dem überhitzten, also trockenen Abdampf verloren, aber der Betrieb der Modellturbine ist hierdurch nahezu frei von Leistung minderndem Kondensat.
      Das höhere Dampfvolumen von „Heißdampf“, seine besseren Strömungseigenschaften, sowie seine geringeren Strahlungsverluste sind weitere Vorteile.
      Das h-s-Diagramm zeigt den Betrieb einer Modell-Dampfturbine mit überhitztem Dampf.
      Die Kesselregelung ist hier auf einen Kessel-Betriebsdruck von 2 ata eingestellt. In einem nach geschalteten „Überhitzer“ wird der Dampf auf 1400 C überhitzt (Punkt p).
      Mit einem drosselfähigen Haupt-Dampfventil oder mit einem automatisch arbeitenden Dampfdruck-Minderer, wird der Turbinen-Betriebsdruck p1 = 1,7 ata gehalten.
      Der Dampf bleibt während des gesamten Prozesses nahezu trocken und verlässt die Turbine bei Punkt A4 mit etwa 1150 C noch leicht überhitzt.
      Das etwas höhere Dampfvolumen v beim Betrieb mit überhitztem Dampf erfordert größere Strömungsquerschnitte und muss bei deren Berechnungen berücksichtigt werden.

      Modell-Dampfturbinen mit einfachen Düsen arbeiten im Allgemeinen mit Energie armen Dampf, also bei niedrigem Kesseldruck. Die Leistung der Turbine wird über eine entsprechend höhere Dampfmenge Gsec. erbracht. Hochleistungs-Wasserrohr-Kessel mit einer kurzen Reaktionszeit und niedrigem Leistungsgewicht sind daher im Gegensatz zu den vergleichsweise träge reagierenden Wasserraum-Kesseln besonders zu empfehlen.
      Die maximale Verdampfungsleistung des Kessels sollte mindestens dem doppelten Dampfverbrauch der Turbine bei Voll-Last entsprechen.
      Die günstigste Position des Überhitzers im Abgasstrom des Kessels wird ebenso wie die Überhitzungstemperatur des Dampfes mit einem Digital-Thermometer ermittelt. Man sollte bei der Wahl bedenken, dass die Temperatur des überhitzten Dampfes auch bei größter Heizoberfläche des Überhitzers, immer deutlich niedriger ist, als die Rauchgas-Temperatur.

      betrieb mit überhitztem dampf.jpg
      Das vermeintlich Schwierige leicht verständlich machen.

      Gruß Georg
    • Wir haben in einem anderen Beitrag dieser Reihe die verschiedenen Bauarten und Bauformen, sowie deren konstruktive Gestaltung kennen gelernt.
      Wir wissen aus dem Beitrag über die Berechnung von Modell-Dampfturbinen auch, dass die Leistung einer Dampfturbine nicht nur vom verfügbaren Wärmegefälle h des Dampfes abhängt, sondern in erster Linie von der Dampf-Verbrauchsmenge G.

      Für den Antrieb von Schiffsmodellen bewegen sich die inneren Leistungen der Turbinen zwischen Ni = 25 bis 100 W. Das entspricht je nach Bauform und Ausführung sekündlicher Dampf-Verbrauchswerte von Gsek = 0,4 bis 1,0 g/s.
      Das heißt, auf Grund des zu erwarteten Dampfverbrauchs von ca. 1,5 bis 3,5 Liter pro Stunde würde selbst die nutzbare Kesselwassermenge eines Großwasserraum-Kessels nur kurze Fahrzeiten erlauben.
      Eine Nachspeisung des Kessels wäre daher für eine ausreichende Betriebszeit nicht nur sinnvoll, sondern bei den leichteren Wasserrohrkesseln mit ihren geringeren Wasserinhalt unabdingbar.
      Wird eine Nachspeisung des Kessels als notwendig erachtet, würde die Frage:
      Nachspeisung durch mitgeführtes, chemisch aufbereitetet Frischwasser,
      Gewinnung des Speisewassers aus gefiltertem und behandeltem Seewasser oder
      Rück-Gewinnung von Kondensat zur Kesselspeisung, mit Sicherheit zu Gunsten des Letzteren entschieden.
      Durch die Kesselspeisung mit dem warmen Kondensat wird sich bei Schiffsmodellen nicht nur die, ansonsten durch das verfügbare Kesselwasser begrenzte Fahrzeit erhöhen, sondern auch die Wirtschaftlichkeit, sprich niedrigerer Gasverbrauch.

      Beim Einsatz eines Oberflächen-Kondensators in der Dampfanlage eines Schiffsmodells steht die Zurückgewinnung des wertvollen Kondensats als Kesselspeisewasser im Vordergrund. Eine Leistungssteigerung durch die Ausnutzung des größeren Wärmegefälles beim Aufbau eines Vakuums im Kondensator, ist bei Dampfturbinen mit einfachen Düsen kaum sinnvoll und würde den Mehraufwand nicht rechtfertigen.
      Unter Verzicht auf ein Vakuum durch Belüften, fungiert der Kondensator hier als hocheffizienter Dampfkühler.
      Eine Luft- bzw. Kondensat-Pumpe ist damit entbehrlich.
      Um aufzusätzliche Pumpen verzichten zu können, wird auf die Nutzung der Schwerkraft gesetzt. Das erfordert eine Anordnung des Kondensators unter der Turbine und einen Kondensat- bzw. Speisewassertank im Doppelboden.
      Die Zeichnungen zeigen eine Modell-Dampfturbine mit Kondensator, sowie den Maschinenraum-Spant eines größeren Schiffsmodells. Der freie Raum an Backbord dient der Unterbringung der Einrichtungen zur Wasserhaltung, wie Kühlwasser-Pumpe, Kessel-Speisepumpe u.a.m.

      Modell-Dampfturbine mit Kondensator.jpg


      Turbinenraum-Spant.jpg
      Das vermeintlich Schwierige leicht verständlich machen.

      Gruß Georg
    • Bei Oberflächen-Kondensatoren findet die Kondensation des Dampfes an der Oberfläche von Kühlrohren statt. Hierzu wird eine hinreichende Menge Kühlwasser durch ein Rohr-System in einem geschlossenen Behälter geleitet. Der Abdampf tritt durch einen großen Stutzen von oben in den Behälter (Kondensator) ein, schlägt sich auf den Kühlrohren nieder und sammelt sich als Kondensat an der tiefsten Stelle des Kondensators.
      Kühlwasser und Kondensat bleiben dabei völlig voneinander getrennt.
      Im Gegensatz hierzu wird bei der Mischkondensation das Kühlwasser unmittelbar in den Abdampf eingespritzt, die Mischung aus Kühlwasser und Kondensat wird abgeführt, das Kondensat geht verloren. Mischkondensation kam daher weitgehend in Süßwasserrevieren bei Schiffen mit Kolbenmaschinen zur Anwendung. Im Modellbau bringt die Mischkondensation aber kaum Vorteile.
      Weiter gehende Informationen findet ihr hier:
      http://www.forum-marinearchiv.de/smf/index.php/topic,18937.0.html

      Hier eine kurze Erläuterung der physikalischen Vorgänge im Oberflächenkondensator.
      Expandiert Wasserdampf bei einem niedrigeren Druck, als dem atmosphärischen Druck, ist auch seine Sättigungs-Temperatur niedriger.
      Sättigungstemperatur bzw. Siedetemperatur nennt man die, vom Druck abhängige Temperatur, bei der Dampf wieder zu Wasser oder Wasser zu Dampf wird.
      Das verfügbare, in der Maschine in mechanische Arbeit umzuwandelnde Druck-, oder besser Wärmegefälle h, wird durch die Expansion im Vakuum größer.
      Vereinfacht gesagt:
      Bei einem Kesseldruck von 3 bar wäre durch die Expansion im absoluten Vakuum das nutzbare Dampfdruck-Gefälle nahezu 4 bar. Der erzeugte Dampf würde also besser ausgenutzt. Es ergäbe sich bei gleichem Dampfverbrauch eine höhere Leistung.

      Durch Undichtigkeiten des Kondensators und der unter Vakuum stehenden Maschinenteile, aber auch durch die im Speisewasser gelöste Luft, wird das Vakuum im Kondensator gestört. Die eindringende Luft verschlechtert den Wärmeübergang im Kondensator und somit seine Wirksamkeit. Die Luft muss deshalb durch eine Luftpumpe dauernd entfernt werden.
      Die Kondensatoren von Modell-Dampfanlagen werden schon wegen der einfacheren Herstellung und der leichteren Abdichtung vorwiegend rund ausgeführt. In besonderen Fällen sind jedoch auch andere Querschnittsformen denkbar.
      Bei Schiffsmodellen wird der begrenzte Raum in der Nähe der Maschine, besonders bei Montage unterhalb der Wasserlinie, eine Anpassung der Form an den Raum erforderlich machen. Wichtig bleibt jedoch, dass ein guter Wärmeübergang zum Kühlwasser erreicht wird. Der Dampf soll ungehindert, von oben oder unter einem Winkel von maximal 300 in den Kondensator eintreten und dabei alle Kühlrohre über ihre volle Länge überstreichen.
      Kondensator (Prinzip).jpg
      Fungiert der Kondensator lediglich als Dampfkühler, das heißt unter Verzicht auf den Aufbau eines Vakuums, sinkt durch den hohen Luftanteil der Wärmedurchgang und die Kühlfläche sollte mindestens um 25% größer bemessen werden.
      Man kann aber diese Luft auch entfernen, ohne dass es zur Bildung eines ausgeprägten Vakuums kommt.
      Gut eignen sich hierzu z.B. kleine E-Motor- oder piezo-elektrisch betriebene Membran-Luftpumpen aus der Medizin-Technik (Blutdruckmesser).
      Ein Kondensator-Druck von -300 bis -500 Pa ist dabei völlig ausreichend.
      Ein kleiner Rohr-Siphon am Kondensat-Ablauf des Kondensators dient der Erhaltung dieses Mini-Vakuums. Diese Membran-Pumpen sind allerdings nicht für Temperaturen über 60 oC geeignet und die abzusaugende Luft sollte deshalb in einer kleinen Kühlschlange abgekühlt werden, bevor sie durch die Pumpe über Deck abgeführt wird
      Das vermeintlich Schwierige leicht verständlich machen.

      Gruß Georg
    • Neu

      Betrachten wir die schematische Darstellung desTurbinenantriebs (Bild) eines größeren Schiffsmodells, so erkennen wir, dass die Speisewasserhaltung einschließlich des Kondensators durch eine sinnvolle Anordnung der Bau-Komponenten ohne zusätzliche Pumpen, also ausschließlich mit Schwerkraft arbeitet.
      Hier wird aus den oben genannten Gründen auf den Aufbau eines Vakuums verzichtet.
      Der Kondensator (5) hat zur Entlüftung eine tief angesetzte, über Deck führende Leitung mit nicht zu kleinem Querschnitt. Ist er entsprechend dimensioniert unterhalb der Wasserlinie montiert, so ist eine geringere Leistung der Kühlwasserpumpe erforderlich, da sie von der natürlichen Konvektion und der Fahrt durch das Wasser unterstützt wird. Seewasserkästen an beiden Seiten unterhalb der Wasserlinie, ausreichend groß, dienen der Kühlwasser-Entnahme bzw. dem Kühlwasserausguss.
      Die Kühlwasserpumpe (4) als elektrisch betriebene Kreiselpumpe, muss nicht selbst ansaugend sein, wenn sie ebenfalls unterhalb der Wasserlinie liegt.
      Bei mäßigem Druck (ca. 500 mm WS) liegt ihre Aufgabe in einer ausreichend großen Fördermenge (hier 5 Liter/min). Die Kühlwasserleitungen und ihre Anschlüsse an der Pumpe sollten daher mindestens 10 mm Innendurchmesser haben.
      Die unvermeidlichen Verluste im Speisewasser-Kreislauf werden durch Wasser aus dem Zusatzwasser-Tank (7) über einen Schwimmerregler im Speisewassertank (6) automatisch ergänzt.
      Die Ansaugleitung der Speisepumpe (3) liegt unterhalb des tiefsten Wasserspiegels des Speisewassertanks, damit keine Luft angesaugt wird oder beim Ansaugen Unterdruck (Vakuum) entsteht. Das ggf. bis 90 0C warme Speisewasser würde bei Unterdruck wieder in den gasförmigen Zustand übergehen (siehe Wasserdampf-Tafel) und die Funktion der Pumpe beeinträchtigen.
      Die temperaturfeste Speisepumpe ist als doppelt wirkende Kolbenpumpe oder als einfach wirkende Plunger-Pumpe (Verdränger-Kolben) ausgelegt und wird über einen Exzenter mit Schwungmasse von einem Elektromotor angetriebene. Ihre Förderleistung soll mindestens dem 1,5fachen der maximalen Verdampfungsleistung des Kessels entsprechen.
      Zur optischen Kontrolle der Funktion der Speisepumpe dient der Trichter des Speisewasserrücklaufs des Speisewasser-Regelventils (18) über dem Speisewassertank (6).
      Eine Piezo-Luftpumpe (29) mit Luftkühler (28) dient ggf. dem Absaugen der Luft aus dem Kondensator.
      Die vereinfacht dargestellte Fahreinrichtung (21) schaltet entsprechend der Fahrtrichtung und der Fahrstufe den Weg und den Druck des jeweiligen Betriebs-Dampfes der Turbine (2).

      Modell-Dampfturbinen-Antrieb.jpg
      Das vermeintlich Schwierige leicht verständlich machen.

      Gruß Georg

      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von Turbo-Georg ()

    • Neu

      Liebe Modellbaufreunde,
      ich möchte noch etwas näher auf die Grundproblematik des „Fahrtenreglers“ bei Dampfturbinen eingehen.
      Genauer genommen ist die Bezeichnung „Turbinen-Fahreinrichtung“ richtiger, denn wir regeln damit nichts, sondern „schalten“ für die gewünschte Fahrstufe die entsprechenden Dampfdrücke und die zugehörigen Dampfwege. Die Fahreinrichtung ist demnach mehr mit einem Programm-Schaltwerk zu vergleichen, das durch ein geeignetes Servo angetrieben wird.

      Die Schrauben-Drehzahlen, wie beim Antrieb durch eine Kolbendampfmaschine durch einfache Drosselung des Dampfes zu ändern, ist bei einer Dampfturbine nicht ohne weiteres möglich. Die Dampfturbine reagiert auf Dampfdrosselung völlig anders, da wir hier nicht den Dampfdruck, sondern die Dampf-Geschwindigkeit in mechanische Arbeit umsetzen.
      Die Geschwindigkeit des Dampfes am Ausgang einer Düse ändert sich jedoch nicht proportional zum Druck, sondern mit der Wurzel aus dem Wärmegefälle des Dampfes.

      Dampfdrosselung erfolgt bekanntlich durch Verkleinerung des Durchtritt-Querschnittes eines Ventils oder Schiebers. Ein entsprechender Teil der Dampfenergie wird dabei in Reibungs-Wärme verwandelt, Druck bzw. nutzbares Wärmegefälle sinken.
      Für die einzelnen Fahrstufen ließen sich zwar die erforderlichen, theoretischen Wärmegefälle nebst entsprechenden, festen Querschnitten der Drosselventile errechnen, aber die Drosselwirkungen wären sehr stark vom Kesseldruck und der durchströmenden Dampfmenge abhängig.
      Für ein wirklichkeitsnahes Fahr-Bild sind aber feste, den einzelnen Fahrstufe zugeordnete Schrauben-Drehzahlen sinnvoll. Daher ist ein Vergleich mit dem Maschinentelegrafen des Großbetriebes angebracht.
      Darüber hinaus lässt sich eine Dampfturbine im Gegensatz zu einer Kolbendampfmaschine nicht einfach über ein Umsteuer-Gestänge oder ein Dampf-Wechselventil auf eine entgegengesetzte Drehrichtung umsteuern.
      Im beschriebenen Fall ist deshalb hierfür, ähnlich dem Großbetrieb eine zusätzliche Rückwärtsturbine in die ND-Stufe integriert.
      Das bedeutet aber, dass nicht nur der Weg des Dampfes umgeschaltet werden muss, sondern wie bei der Voraus-Fahrt auch, entsprechend den Fahrstufen (Schraubendrehzahl) die Dampfdrücke geändert werden müssen.
      Für einen jeweils optimalen Turbinen-Wirkungsgrad werden die Vorausstufen „volle Kraft“ (1/1 v) und „Marschfahrt“ (3/4 v) zweistufig (HD plus ND) mit Heißdampf und die unteren Fahrstufen „halb“ (1/2 v) und „langsam“ (1/4 v), sowie die Rückwärtsstufen „voll“ (1/1 r) und „halb“ (1/2 r) einstufig (nur ND oder R) mit leicht überhitzten Dampf betrieben.
      Zusätzlich werden die Turbinen im „stand-by“, das heißt bei „Maschine Stop“ oder bei Gegen-Fahrtrichtung mit Leerlauf-Dampf betriebswarm gehalten.

      Es ist daher zweckmäßig, für die einzelnen Fahrstufen, statt der festen Drosselquerschnitte, automatische Dampfdruckregler zu verwenden.
      Das ist natürlich in erster Linie eine Frage der Kosten, aber die Vorteile sind augenscheinlich.
      Dampfdruckregler haben auch den Vorteil, dass sie in der Werft nur grob eingestellt werden müssen; die endgültige Einstellung auf ein optimales Fahrverhalten, erfolgt innerhalb ihres großen Verstellbereichs, erst bei den Probefahrten Fahrstufe für Fahrstufe.
      Die Zeichnung zeigt die Modell-Dampfturbine, die Fahreinrichtung mit den Dampfdruckreglern und den Rohrleitungsplan.



      Turbinen-Fahreinrichtung.jpg
      Das vermeintlich Schwierige leicht verständlich machen.

      Gruß Georg

      Dieser Beitrag wurde bereits 4 mal editiert, zuletzt von Turbo-Georg ()