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Indikatordiagramm: Optimale Dampfverteilung

Firma: Steam Technologies (klein)Steam Technologies

Ingenieurdienstleistungen & Schienenfahrzeugtechnik

Dampfmaschinen oder Dampflokomotiven elektronisch indizieren und Indikatordiagramme auswerten

Motivation

Wirtschaftlichkeit durch optimale Dampfverteilung innerhalb der Dampfmaschine

Das korrekte Arbeiten der Dampfsteuerung ist die Voraussetzung für einen wirtschaftlichen und verschleißarmen Betrieb, sowie die volle Leistungsfähigkeit der Dampfmaschine. Dies gilt gleichermaßen für Dampflokomotiven, Schiffsdampfmaschinen, aber auch für ortsfeste Stationärdampfmaschinen.

Fehler in der Dampfverteilung bedeuten:

  • Unruhiger Lauf
  • Um bis zu 20 % geringere Leistungsfähigkeit
  • Deutlich erhöhter Dampf- und damit Brennstoff- und Wasserverbrauch
  • Verschlechterte Feueranfachung
  • Erhöhte Schleuderneigung
  • Schlechteres Anziehen (Kontern)
  • Überlastung von Triebwerksteilen und damit geringere Lagerstandzeiten und erhöhtes Risiko von Heißläufern und Ausfall
  • Unnötige Beanspruchung der Struktur (In Extremfällen können z.B. Rahmenschäden begünstigt werden)

Diese Punkte rufen neben Unannehmlichkeiten für das Personal, vermeidbare und teils erhebliche zusätzliche Kosten für Betrieb und Instandhaltung hervor. Auch im heutigen musealen oder touristischen Betrieb sollte daher im Sinne einer möglichst schonenden und wirtschaftlichen Betriebsweise, sowie der Vermeidung von Triebwerksschäden auf das richtige Arbeiten der Dampfmaschine Wert gelegt werden.

Indikatordiagramm: schadhafter Müller Schieber

Auswirkung eines schadhaften Müller-Schiebers

Indikatordiagramm: stark unausgeglichene Räume verursachen übermäßiger Kompression

Ungleiche schädliche Räume bedingen einseitig übermäßige Kompression
(Flachschieber bei 170 min-1)

Das Indizieren der Dampfmaschine mittels Indiziergerät bietet die genauste Einstellmöglichkeit zum Regulieren der Schieber. Das Einstellen nach Gehör oder Ausmessen bei kalter Maschine erlaubt keinen kontrollierenden Einblick, erfasst die temperaturbedingten Längenausdehnungen nur schätzungsweise und ist daher nur bedingt geeignet.

Die Indikatordiagramme dagegen erlauben einen tiefen Einblick in die mechanischen und thermodynamischen Vorgänge im Zylinder. Eventuelle Steuerungsfehler, Undichtigkeiten, Schieberschäden aber auch die richtige Bemessung der schädlichen Räume lassen sich aus den Diagrammen zuverlässig ablesen.

Profitieren Sie von modernster Technik

Das eigens entwickelte elektronische Indiziergerät ist seinem mechanischen Vorbild in vielen Punkten überlegen

Einige Nachteile des klassischen Indizierens mit mechanischem Indikator sind:

  • Komplizierte und zeitaufwändige Anpassungsarbeiten für verschiedene Baureihen- dadurch sehr kostspielig
  • Genaue Abstimmung auf die jeweils vorhandenen Umgebungsbedingungen notwendig
  • Anfällig für das Entstehen von Messfehlern
  • Unkomfortable Darstellungs- und Auswertungsmöglichkeiten
  • Stark eingeschränkte Systemleistungen

Mit anderen Worten ist das Indizieren von Dampfmaschinen mittels mechanischer Indikatoren schon lange nicht mehr zeitgemäß. Dank der heute verfügbaren digitalen Messtechnik ist es möglich, ein System zu schaffen, welches an den Schwachstellen des bekannten, alten Systems ansetzt und darüber hinaus noch weitere vielfältige Möglichkeiten bietet.

Indizieren

Zentraler Bestandteil ist das Erstellen von aussagekräftigen Indikatordiagrammen


Montage

Montage des Indiziergerätes an Ihre Dampfmaschine.

Details

Messen

Messen Ihrer Dampfmaschine im laufenden Betrieb.

Details

Auswerten

Auswerten der gewonnen Messdaten.

Details

Empfehlungen

Ableiten von Empfehlungen um den Betrieb zu optimieren.

Details

Montage

Vereinfachte Montage an den verschiedensten Dampflokomotiven und Dampfmaschinen

Durch die Anwendung zeitgemäßer Mess- und Auswertungstechnik ist ein schnell und einfach zu installierendes System geschaffen worden, welches keiner zeitraubenden lokspezifischen Anpassungsarbeiten bedarf und sofort einsatzbereit ist.

Durch diese "plug and play" Lösung beträgt der Zeitaufwand für die Installation an einer beliebigen Zweizylindermaschine weniger als eine Stunde.

Beispiel Aufbau: Installierte Sensoren am Zylinder einer Dampflokomotive

Messen

Schnell und präzise dank des elektronischen Indiziergerätes

Auch der Aufwand der Messfahrten zum Aufzeichnen der Indikatordiagramme konnte drastisch gesenkt werden. Durch Erfassen und Abspeichern der Messwerte in Echtzeit können schon nach wenigen Metern Verfahrstrecke aussagekräftige Schlüsse über die Güte der Dampfverteilung gezogen werden.

Systemleistung

  • Kolbenhub max. 730 mm (demnächst Hub bis 1000 mm)
  • Druck max. 20 bar (als Sonderlösung sind auch bis 40 bar möglich)
  • Für Nass- und Heißdampf geeignet
  • Praktisch unbegrenzte Anzahl an Messungen in kurzer Zeit

Natürlich ist das Indizieren nicht nur auf Dampflokomotiven beschränkt. Das flexible Gerät kann prinzipiell an jeder Dampfmaschine installiert werden, gleichgültig ob zu Wasser oder zu Land, mobil oder ortsfest.

Auswerten

Sofortige Auswertung der gewonnen Messdaten

Als ganz wesentlicher Vorteil ist auch das Auswerten der Messungen zu nennen. Musste man früher umständlich die kleinen Papierstreifen (die sich unmittelbar nach einer Messung noch auf der Schreibtrommel befanden) ausmessen, bietet die Auswertungssoftware die Möglichkeit, schon unmittelbar nach einer Messung, also noch während der Fahrt, sich die Druck/Weg Diagramme der einzelnen Zylinderräume detailliert auf einem Laptop im Führerstand zu betrachten.

Indikatordiagramm: optimierte Räume für einen Zylinder
Drehzahl17,70min-1
PmRv5,76bar
PmRh5,62bar
PmaxRv10,20bar
PmaxRh10,20bar

LeistungRv19,30kW26,20PS
LeistungRh18,80kW25,60PS

LeistungGesamt38,00kW51,70PS

Unterstützt werden die richtigen Entscheidungen für ein Nachregulieren des Schiebers durch spezielle Eigenschaften und Optionen in der Grafikoberfläche sowie durch spezielle Rechenoperationen. Beispielsweise die geleistete indizierte Arbeit und die Leistung jedes Zylinderraumes.

Auswertungsparameter

  • Erstellen von Indikatordiagrammen/ Abweichungen zwischen den Arbeitsräumen
  • Genaues Bestimmen der realen Füllungsgrade und der übrigen Steuerzeiten
  • Erfassung des Maximaldrucks
  • Berechnung des mittleren Drucks
  • Berechnung der indizierten Leistung

Empfehlungen

Begründete Handlungsempfehlung zum Regulieren der Steuerung

Auf dieser Grundlage lässt sich im Anschluss der Messfahrten eine ausführliche Dokumentation über den Zustand der Dampfmaschine und Ihrer Steuerung erstellen. Dieses eröffnet nachweislich Möglichkeiten Kosten bei der Wartung oder im Betrieb der Dampflokomotive oder der jeweils betrachteten Dampfmaschine zu senken.

Justierung

Künstlerische Darstellung: Ausgeglichenes Indikatordiagramm überlagert einen einzelnen Zylinder

Gleichgewicht

Referenzen


Harzer Schmalspurbahnen GmbH

Referenz: Harzer Schmalspurbahnen GmbH
www.hsb-wr.de

Museumseisenbahn Minden

Referenz: Museumseisenbahn Minden
www.museumseisenbahn-minden.de

Museumseisenbahn Hamm

Referenz: Museumseisenbahn Hamm
www.museumseisenbahn-hamm.de

Bayerischer Localbahn Verein

Referenz: Bayerischer Localbahn Verein
www.localbahnverein.de

Eisenbahn Tradition

Referenz: Eisenbahn Tradition
www.teuto-express.eu

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