Untersuchung einer Gasmaschinenreglung. Von Prof. Dr.-Ing. A. Gramberg in Danzig-Langfuhr. GRAMBERG: Untersuchung einer Gasmaschinenreglung. Die in Abb. 1 schematisch dargestellte Regelung einer Gasmaschine durch Abdrosseln des Gemisches mittels Drosselklappe zeigt ein eigenartiges und namentlich von dem der kürzlich besprochenen DampfmaschinenreglungVgl. D. p. J. Heft 4 d. J. grundsätzlich abweichendes Verhalten, wie im Anschluß an jene Veröffentlichung dargelegt sei. Textabbildung Bd. 333, S. 53 Abb. 1. Man bringt die Reglung einer Kraftmaschine zum Spielen durch Belasten der Kraftmaschine. Handelt es sich wie im vorliegenden Fall um eine Gasdynamo, so wird zu dem Zweck der Widerstand WA des äußeren Stromkreises verringert, meist indem man mehr und mehr Widerstände parallel zueinander zur Geltung bringt. – Der Beginn der Reihe im Leerlauf ist WA = ∞; das ist für die Darstellung unbequem. Bequemere Proportionalitäten ergeben sich, wenn man die äußere Leitfähigkeit 1/WA in Ansatz bringt, im Leerlauf ist 1/WA = 0. Gemessen ist dabei J und E an den Klemmen der Maschine, worauf sich 1/WA = J/E errechnet: Stromaufnahme je Volt Spannung. Mit zunehmender äußerer Leitfähigkeit nimmt J und daher die Leistung Nel = EJ zu, daher die Drehzahl n etwas ab. Diese Abnahme hat zur Folge, daß beim Aufbringen von größerer Last die elektromotorische Kraft der Dynamo, als proportional der Drehzahl, sinkt; die Klemmenspannung tut es um so mehr, als auch der Spannungsverlust im Anker der Dynamo mit der Stromstärke wächst. Die Abnahme der Klemmenspannung E unter beiden Einflüssen ist durch Bedienen der Feldreglung auszugleichen, man muß den Erregerstrom i verstärken; das geht so lange, bis der Feldregler ganz ausgeschaltet ist und die Erregerwicklung unmittelbar an der Klemmenspannung liegt. Die Erregung nimmt bei der vorliegenden Dynamo auf imax = 1,05 Amp. bei 220 Volt Klemmenspannung zu. In Tab. 1 und Abb. 2 u. 3 ist das Versuchsergebnis gegeben. Zunächst wurde in zwei groben Stufen von Leerlauf bis etwa Vollast gegangen, Versuch Nr. 89, 90, 91; der Feldregler muß von Kontakt 3 bis Kontakt 20 nachgeregelt werden, dadurch bleibt die Spannung erhalten, obwohl die Drehzahl von 192,0 auf 186,7/min gefallen war. Nun wurde bei Versuch 92. die äußere Leitfähigkeit nur wenig, nämlich von 0,227 auf 0,235 A/V gesteigert; aber damit war, obwohl der Regler erst auf r = 17,5 mm angekommen war, doch die Höchstleistung schon überschritten; denn wenn wir den Feldregler von Kontakt 22 weiter auf 25 bringen, erreichen wir doch nicht mehr die verlangte Spannung; der Regler sinkt, mit ihm die Drehzahl, und dadurch wird die Spannung mehr herabgesetzt, als der Feldregler einbringen kann. Setzen wir vollends, Versuch 94 bis 96, den Feldregler auf das Ende, Kontakt 41, und steigern wir dann noch die Leitfähigkeit, so drücken wir nur bei aufsitzendem Regler die Drehzahl herab – die Maschine ist überlastet. Das Eigenartige ist nun, namentlich im Vergleich zur Reglung einer Dampfmaschine, daß nur ein kleiner Teil des Reglermuffenhubes ausgenutzt wird, nämlich das starke Stück der Reglerkennlinie. Bei 192,0 Uml./Min. ist die Maschine im Leerlauf, bei 186,7 Uml./Min. ist die Höchstlast bereits erreicht, der Regler steht aber noch 28 mm über seiner unteren Rast. Trotzdem läßt sein weiteres Sinken keine Vermehrung der Leistung zu. Textabbildung Bd. 333, S. 54 Abb. 2. Textabbildung Bd. 333, S. 54 Abb. 3. Diese Zusammenhänge sind das Aeußere der Erscheinung; der innere Grund, weshalb die Steigerungsmöglichkeit nur bis 1/WA ≦ 0,235 geht, liegt im Energieumsatz, Bis zu Versuch 91 steigt der volumetrische Wirkungsgrad ηvol, der sich den Indikatordiagrammen (Abb. 4) entnehmen läßt. Bei Versuch 91 ist ηvol = 0,985 und daher nicht mehr wesentlich steigerungsfähig. Beim Reglerstand r = 28 mm über dem unteren Anschlag hat also die Drosselklappe (Abb. 1) bereits so weit geöffnet, daß die angesaugte Mischung keinen merklichen Widerstand mehr findet, weitere Oeffnung der Drosselklappe ist dann belanglos und hierdurch der untere Reglerhub totgelegt. Ist aber die Brennstoffaufnahme nicht mehr steigerungsfähig, so kann nach dem Energiesatz auch die Leistung nicht weiter steigen. Anders als bei der Dampfmaschine ist also die Höchstleistung der Maschine nicht durch den Regler oder seinen Anschluß, sondern durch die Maschine selbst gegeben. Textabbildung Bd. 333, S. 54 Abb. 4. Nach Maßgabe von Abb. 2 ist der Regler recht stark statisch. Seine Ungleichförmigkeit ist \frac{192,0-174,1}{\frac{1}{2}\,.\,(192,0+174,1)}=0,098 oder 9,8 v. H. Die Reglung ist viel weniger statisch, weil sie den Regler nicht ausnutzt. Ihre Ungleichförmigkeit ist \frac{192,0-186,7}{\frac{1}{2}\,.\,(192,0+186,7)}=0,028 oder 2,8 v. H. Man muß also die statischen Eigenschaften der Reglung von denen des Reglers wohl unterscheiden. Man kann nun fürchten, daß die Reglung als beinahe astatisch beim Regeln starke Schwingungen ergibt. Das ist aber nicht der Fall. Abb. 5 gibt Regeltachogramme, die sehr befriedigend sind, obwohl von voller Last auf Leerlauf durch Herausreißen des Schalters gegangen wurde. Der Widerstand, den eine Drosselklappe ohne Stopfbuchse der Drehung entgegensetzt, ist eben sehr klein, und so braucht man nur einen kleinen Teil des Hubes und des Arbeitsvermögens des Reglers nutzbar werden zu lassen. Fiele dieser Versuch anders aus, so müßte man durch Verändern der Hebellängen a, b, c mehr Arbeitsvermögen des Reglers zur Tabelle 1. Verhalten der Gasmaschinenreglung bei Ueberlastung. (Die Dynamo arbeitet mit Fremderregung.) Versuch Nr. 89 90 91 92 93 94 95 96 Aeußere Leitfähigkeit J/Ep = 1 WA A/V 0 0,113 0,227 0,235 0,235 0,235 0,377 0,528 Feldreglerstellung k Kontakt 3 12 20 22 25 41 41 41 Erregerstrom i A 0,57 0,67 0,76 0,78 0,82 4,05 1,05 1,05 Klemmenspannung Ep V 222 222 221 217 216 212 146 90 Elektrische Leistung Nel = Ep . J kW 0 555 11,1 11,1 11,2 10,4 8,03 4,27 Drehzahl n /Min. 192,0 190,1 186,7 181,7 174,1 151 0 107,8 73,6 Reglerstand r mm 44 42 23 17,5 1,5 1 1 1 Volumetrischer Wirkungsgrad ηv 0,595 0,745 0,985 0,985 0,985 0,995 1 1 Mischungsverhältnis L/G0 12,0 10,4 9,3 9,3 9,25 9,2 9,35 10,7 Gasaufnahme G0 \mbox{m}^3\,\left(\frac{0}{760}\right)\mbox{ st} 4,92 7,13 10,28 10,13 9,79 8,63 6,19 3,56 Lieferungsgrad η1 0,44 0,57 0,76 0,77 0,78 0,78 0,79 0,76 Zündungszeit vor dem Totpunkt ° – 16,5 – 10 – 4 – 5 – 6 – 11 – 9 – 17,5 Indizierter Druck p1 at 2,07 3,41 4,84 5,16 5,11 5,39 5,28 4,51 Abgastemperatur ta ° C 348 374 419 422 420 396 354 288 Textabbildung Bd. 333, S. 55 Abb. 5. Geltung bringen, etwa c verlängern.Genauere Besprechung in Gramberg, Maschinenuntersuchungen und das Verhalten der Maschinen im Betriebe. Berlin, Julius Springer. Unter der Presse. Die Reglung erhält dann größere Ungleichförmigkeit, im Grenzfall dieselbe wie der Regler. Die Dynamo der Gasmaschine arbeitete mit Fremderregung, sonst hätte mit abnehmender Drehzahl bei den letzten Versuchen 94 bis 96 auch i abnehmen müssen. Uebrigens sollten, je nachdem eine Dynamo mit Fremderregung oder mit Selbsterregung arbeitet, Verschiedenheiten in den Reglungsdiagrammen auftreten; denn je nach der Art der Erregung ist, solange die Erregerpole nicht magnetisch gesättigt sind, der Grad der Selbstreglung ein verschiedener. Die beiden Diagrammpaare der Abb. 5 zeigen beim Uebergang auf Vollast diesen Einfluß erkennbar, jedoch schwächer als sich erwarten ließ; bei Selbsterregung ist die Selbstreglung stärker. Beim Uebergang auf Leerlauf ist der Einfluß nicht zu erwarten.