Stahl und Eisen, Jg. 44, Nr. 46

STMŁ m ^eise »

M ZEITSCHRIFT

FÜR DAS DEUTSCHE EISENHÜTTENW ESEN.

Nr. 46. 13. N o v e m b e r 1 9 2 4 . 4 4 . Jahrgang.

E n tw icklungslinien der Dampfkraftm aschinen und die A u s s ic h te n d e s G a s ­ m aschinenbetriebes.

V on P rofessor H u b e r t H o f f in A ach en 1).

(Entwicklungsgeschichtlicher Ueberblick, gekennzeichnet durch die Namen: Newcomen, Watt, Reichenbach, Evans, Perlcins, Alban, Hirn, Wilhelm Schmidt, Gleichstrommaschine. Heutiger Stand der Erkenntnis, Höchst- druckanlagen, Thermodynamische und wirtschaftliche Betrachtungen. Verkopplung von Kraft- und Wärme­

wirtschaft. Entwicklung der Dampfturbinen. Anzapfung und Zwischenüberhitzung. Entwicklung der Gas­

maschinen. Spülung. Aufladung. Abhitzeverwertung. Heißkühlung. Aussichten der Gasturbinen.)

| H ü r das W e r t u r t e i l ü b er eine K ra ftm a sc h in e sind zwei E ig e n sc h a fte n m aß g e b e n d : die B e­

trie b s s ic h e rh e it u n d die W irts c h a ftlic h k e it.

D i e B e t r i e b s s i c h e r h e i t b e d in g t besonders, daß d as B a u m a te ria l d er M aschine d en in ih r sich ab ­ spielenden V orgängen d a u e rn d u n te r allen B e trie b s­

v erh ä ltn isse n m it S ich erh eit sta n d h ä lt.

Die W i r t s c h a f t l i c h k e i t erg ib t sich au s der Sum m e der A u fw en d u n g en fü r d en E n e rg ie trä g e r u nd der A ufw endungen fü r In s ta n d h a ltu n g u n d B e­

d ien u n g der K ra fta n la g e . H ierzu k o m m t w äh ren d eines b e stim m te n Z eitrau m es ein B e tra g fü r T ilgung u n d V erzinsung des A n la g e k a p ita ls.

D ie F o r d e r u n g n a c h B e t r i e b s s i c h e r h e i t i s t in allen S ta d ie n der E n tw ic k lu n g e i n H e m m n i s f ü r schnelle S teig eru n g d er W irtsc h a ftlic h k e it ge­

wesen. B ei d en W ä r m e k r a f t m a s c h i n e n u n d in s­

b eso n d ere b e i d en D a m p f k r a f t m a s c h i n e n spielen die K o sten fü r den E n e rg ie trä g e r, also fü r den B ren n ­ sto ff, die au ssch lag g eb en d e B olle. D ie V e r m i n ­ d e r u n g des B re n n sto ffv e rb ra u c h s b e d in g t w ei­

te s tg e h e n d e A u sn u tzu n g der in ih m g eb u n d en en W ärm em enge. U m dieser B edingung zu genügen, is t e rfo rd erlich : die V e r m e i d u n g v o n W ä r m e ­ v e r l u s t e n u n d A u s n u t z u n g eines m öglichst g ro ß en T e m p e r a t u r g e f ä l l e s .

D er t h e r m i s c h e W i r k u n g s g r a d einer W ärm e­

kraftm asch in e is t u m so größer, je kleiner der abs. E ndtem peratur

Q u o tien t is t. D iese E r-

abs. Anfangstemperatur

k e n n tn is f ü h r te b e i d en D a m p fk ra ftm a sc h in e n zu einer d a u e rn d e n E rw e ite ru n g der T em p eratu rg ren zen , wo es no ch m öglich w ar, also b e i d e n A b g astem p e­

ra tu r e n d er D am p fk essel u n d b eim W asser d am p f bei den A nfangs- u n d E n d te m p e ra tu r e n , u n d h ierau s ergab sich die E rw e ite ru n g d er D ru ck - u n d V olum en­

grenzen.

F ü r die A n f a n g s t e m p e r a t u r e n b ild e n die E ig e n sc h a fte n d er B au sto ffe eine G renze, fü r die

J) V ortrag vor der Gemeinschaftssitzung säm tlicher Fachausschüsse des Vereins deutscher E isenhüttenleute am 11. Mai 1924 in Hagen.

XLVI...

E n d t e m p e r a t u r e n die Z u stä n d e a n der E rd o b e r­

fläche, also L u ftd r u c k u n d L u ftte m p e r a tu r u n d die T e m p e ra tu r des z u r V erfü g u n g ste h e n d e n K ü h l­

w assers. D ie B ed in g u n g en sin d d em n ac h fü r alle W ärm ek raftm asch in en die gleichen. In a lle n F ä lle n ist die A n fa n g ste m p e ra tu r gegeben d u rc h die V er­

b re n n u n g s te m p e ra tu r des B ren n sto ffs. D er g ro ß e N a c h te il der D a m p fk ra ftm a sc h in e n g e g en ü b er d en V e rb re n n u n g sk ra ftm a sc h in e n e n ts te h t beim T em pe­

ra tu r s tu r z , der sich b eim U eb erg an g d er W ärm e v o n den V erb ren n u n g sg asen a n das W asser d es D a m p f­

kessels e in ste llt. D iesen T e m p e r a t u r s t u r z u n d seine n ac h te ilig e n F olgen zu v erm in d ern , g ilt das fo rtg e se tz te B em ü h en der D a m p fm a sc h in e n b a u e r.

D ie e r s t e D a m p f m a s c h i n e v o n N e w ­ c o m e n h a tt e ein sehr geringes W ärm e- u n d D ru c k ­ gefälle. D er A rb e itsv o rg a n g sp ielte sich u n te rh a lb des a tm o sp h ä risc h e n D ru ck es a b . D ie W ärm ev er­

lu s te w aren sehr groß, d a D a m p fk ra ftz y lin d e r u n d K o n d e n sa to r in einem A p p a ra t v e re in ig t w aren.

50 J a h r e vergingen, ehe die e rs te g ru n d s ä tz lic h e A enderung z u r V erbesserung des th e rm isc h e n W ir­

kungsgrades vorgenom m en w urde. D a s g e s c h a h d u r c h W a t t , der den K ra ftz y lin d e r v o m K o n d en ­ sa to r tr e n n te u n d ih n d o p p e lt w irk e n d g e sta lte te . W a tt e rk a n n te z u e rs t die E x p a n s iv k r a ft des D am pfes u n d n u tz te sie au s d u rc h V erk lein eru n g der F ü llu n g u n d e rre ic h te so m it eine V erm in d eru n g der E n d ­ te m p e ra tu r des A rb eitsp ro zesses. Z um gleichen Zw ecke v e rs a h er d en K o n d e n sa to r m i t einer L u ft­

pu m p e. D ie D am p f fü h re n d e n T eile seiner M aschine w p rd en d u rc h so rg fä ltig e Is o lie ru n g gegen W ä rm e ­ v e rlu s te g e sc h ü tz t. E r v e r b e s s e r t e d e n W i r ­ k u n g s g r a d d u r c h s e i n e M a ß n a h m e n v o n 0,82 a u f 5,6 % , also a u f rd . d en siebenfachen B e tra g . D ie W a tts c h e n M aschinen a rb e ite te n m it einem A n fan g sd ru ck v o n 1,5 a t ab s. Zu ein er w esen tlich en E rh ö h u n g d er D a m p fs p a n n u n g k a m er also n ic h t, ob schon er die V o rte ile h o h e r A n fan g ssp an n u n g en k a n n te u n d n a c h d rü c k lic h d a ra u f hingew iesen h a tte . E r le g te W e rt au f g rö ß te B e trie b ssic h e rh e it u n d w o llte k e in e g e w a g te n V ersuche m achen. Z u r sicheren

181

1438 Stalil und Eisen.

44. Jahrg. Er. 40.

B erechnung re ic h te n zu seiner Z eit die M aterial­

k e n n tn isse n ic h t; die A rb eitsm eth o d en im M aschinen­

b a u w aren d azu sehr unvollkom m en.

Je d o c h b a ld tr e te n die erste n m u t i g e n \ o r- k ä m p f e r fü r d ie E rh ö h u n g

D am pfdruckes au f: in E n g la n d T r e v e t h i k , in D eu tsch lan d R e i c h e n ­ b a c h , in A m erika O l i v e r E v a n s . Doch g in g d ie E n tw ick lu n g langsam sch rittw eise vo r sich. D en e rs te n eneigischen A nlauf m a c h te der A m erikanei P e r k i n s . D a er in seinem L ande fü r einen A ben­

te u re r g eh alten w urde, ging er 1820 nach E n g lan d , u m seine P lä n e auszuführen. E r b a u te zu erst einen D am pferzeuger aus B ronze fü r 35 a t un d s p ä te r einen Röhrenkessel, bei dem ein Teil der R ohre als U eb erh itzer w irk te. Seine kü h n en P län e m a c h te n w äh ren d eines Jah rz e h n ts in der ganzen W elt vo n sich reden. E in technischer E rfolg w ar ih m jedoch n ic h t beschieden. M an h a tte zu jen er Z eit v o n W ärm e- u nd E nergieum w andlung noch keine K en n tn is. Als P erk in s durch den üb er­

h itz te n D am pf in seinen M aschinen Schw ierigkeiten b ekam , le ite te er ih n d urch ein w assergekühltes R ohr, um seinen „vollkom m enen D am pf“ fü r den G ebrauch in der M aschine „ p e rfe k t“ zu m achen.

Im m erhin sind seine Versuche für die E n tw ic k ­ lung der D am pfm aschine n ic h t ohne B ed eu tu n g gewesen. E r b e n u tz te zu erst eine K olbenliderung ap s M etall, weil die H anfpackung bei den hohen T em p eratu ren v e rb ra n n te . E r kam zur G ra p h it­

schm ierung des Zylinders an Stelle der v eg eta b i­

lischen Oele. E r steig erte die U m drehungszahl der M aschinen bis zu 150 i. d. min. Die E x p an sio n trie b er so w eit, daß er m it 15 % F ü llu n g auskam u n d ging folgerichtig zur M ehrfachexpansionsm aschine über.

F a s t u m dieselbe Z eit arb eitete der M aschinen­

fa b rik a n t D r. A l b a n zu P la u in M ecklenburg m it E rfo lg a n der D urchbildung einer H o ch d ru ck ­ m aschine, die m it einem A nfangsdruck von 45 a t b e trie b e n w urde. E in e eingehende B eschreibung dieser M aschine m it A bbildung e n th ä lt D inglers P o ly tech n isch es Jo u rn a l vom Ja h re 1829. Sie b e ­ s ta n d aus zwei einfach w irkenden Zylindern m it T auchkolben. D ie D am pfverteilung erfolgte durch zwei a n den Zylinderenden angeordnete S ta h l­

v en tile. Die S c h w i e r i g k e i t e n bei der H erstellung eines D am pfkessels fü r den v erlan g ten hohen D ruck v e rh in d e rte n auch die E in fü h ru n g dieser Maschine.

A lb an w ar gezw ungen, den D ruck auf 10 a t zu er­

m äßigen, um , wie er sich selbst äußerte, als p ra k ­ tisc h e r M aschinenbauer einen sicheren Weg zu gehen.

N un blieben alle Versuche, den therm ischen W irkungsgrad d u rch höh ere D am pfspannungen zu verbessern, lange Zeit ru h e n Alle Bestrebungen gingen fü r die F olgezeit dahin, die V erluste der M aschine zu verm indern, w obei m an vielfach die L ässigkeitsv erlust e üb er sch ätzt e.

D ie E r h ö h u n g d e r A n f a n g s s p a n n u n g g i n g n u r l a n g s a m v o r w ä r t s . E s gibt ja h e u te noch B etriebe, auch H ü tten b etrieb e, die D am p fk raft­

anlagen m it 5 bis 6 a t betreiben. D as m u te t eigen­

tü m lich an . angesichts der T atsache, daß A lban schon . v o r 100 J a h re n seine M aschinen fü r 10 a t lieferte.

A llerdings d a rf n ic h t übersehen w erden, daß die E r h ö h u n g d e s D a m p f d r u c k e s n u r u n te r be­

stim m ten V oraussetzungen einen erheblichen Gewinn bringen k an n . D er G ew inn d urch D ruckerhöhung g e h t b e i E in z y lin d e rm a sc h in e n u n d B etrieb m it g e s ä ttig te m D am p f d u rch e rh ö h te W andnieder­

schläge zum Teil w ieder verloren.

D er V orschlag P e rk in s zu r M ehrfachexpansions­

m aschine w u rd e zu e rst v o n A r t h u r W o o lf wieder aufgegriffen. E s gelang ihm , au f G ru n d einer von ih m a u fg e ste llte n H y p o th e se ü b er die E xpansions­

gesetze des W asserd am p fes zu g u te n G rößenver­

h ä ltn isse n zw ischen H och- u n d N iederdruckzylinder zu gelangen. D er B a u W oolfscher M aschinen wurde au ch a lsb a ld v o n d en d e u tsc h e n M aschinenfabriken aufgenom m en.

Bei der E n tw ick lu n g der D am p fm asch in e zeigte es sich, wie a u f a n d e re n G eb iete n der Technik, daß die T heorie der P ra x is n a c h h in k te . Z u d e m b e s t a n d e i n G e g e n s a t z z w i s c h e n T h e o r ie u n d P r a x i s , zw ischen T h e o re tik e rn u n d P raktikern.

D ie G eleh rten s c h ä tz te n v ielfach ih re W issenschaft um so höher, je w eniger sie fü r die P ra x is brauchbar w ar. D ie P r a k tik e r s ta n d e n d en g e le h rte n A bhand­

lu n g en m it M iß tra u e n gegenüber. E ine W and­

lung zum Besseren erfolgte allm äh lich m it der zu n ehm enden B e d e u tu n g der T echnik. 1842 spricht R o b e r t M e y e r die E rk e n n tn is der G leichw ertig­

k e it v o n W ärm e u n d A rb e it aus. M it C a r n o t s g rundlegenden A rb e ite n b e g in n t die E ntw icklung der T h erm o d y n a m ik , die v o n C l a u s i u s , R a n k i n e u n d Z e u n e r fo rtg e s e tz t w urde. E s beginnt die Z eit der ex p erim en tellen E rfo rsc h u n g der N atu r­

gesetze, a n der In g en ieu re h e rv o rrag en d en Anteil h aben. D er In g en ieu r r ü s te te sich m it den Hilfs­

m itte ln der W issen sch aft.

H i r n fü h rte seine F o rschungsarbeiten nicht m eh r im L a b o ra to riu m , so n d ern in seinem Be­

trie b e in L ogelbach a n einer lO O pferdigen Woolf- schen M aschine aus. E r sc h a ffte K la rh e it über die th e rm isc h e n W echselw irkungen zw ischen Zylinder­

w an d u n d D am pf. E r b ra c h te den Nachweis über den großen N u t z e n d e s ü b e r h i t z t e n D a m p f e s . Die planm äßige E in fü h ru n g des ü b erh itzten D am pfes b e g in n t infolgedessen in den 80er Ja h ­ re n des v o rig en J a h r h u n d e r ts v o m E lsaß aus.

H irn s S chüler, S c h w o e r e r , b a u te den ersten b ra u c h b a re n U eb erh itzer. M e u n i e r , der Direktor des E lsässisch en U eberw achungsvereins, veröffent­

lic h te die E rg eb n isse v o n um fangreichen U nter­

su ch u n g en in D a m p fk ra fta n la g e n , die m it über­

h itz te m D am p f a rb e ite te n .

V on der allgem einen E in fü h ru n g einer auch n u r m äß ig en D a m p fü b e rh itz u n g w ar m an noch w eit e n tfe rn t, als zu A n fan g der 90er Ja h re W il­

h e l m S c h m i d t die F a c h w e lt m it seiner H e iß ­ d a m p f m a s c h i n e ü b errasch te. Sie arb e ite te mit 350° am A b sp e rrv e n til. S c h m id t g lau b te für diese T e m p e ra tu r eine b eso n d ere B a u a rt zu benötigen u n d fü h r te sie wie A lb an als einfach w irkende Ma­

schine aus, u m die S chw ierigkeiten der Kolben­

stan g en sto p fb ü ch se zu v erm eid en . Als Kolben be­

13. November 1 9 2 4 . ____

Stali l und Eiseti. 1439 n utzte er einen langen Hohlkolben, dessen Dich­

tungsringe er so wöit nach vorn legte, daß sie m it den heißesten Teilen des Zylinders nicht in Berührung kamen.

In der Zw ischenieit w aren in der baulichen Vervollkommnung der D am pfm aschine große F o rt­

schritte gem acht. Durch höchste Genauigkeit der Steuerung, ‘sorgfältige D urchbildung der Zylinder und des Kurbelm echanism us durch fortlaufend gesteigerten D am pfdruck und m ehrzylindrige E x ­ pansion w ar m an zu einem m echanischen und th e r­

mischen W irkungsgrad gelangt, daß eine weitere Verminderung des D am pfverbrauchs ausgeschlossen erschien. D ie E r g e b n i s s e d e r S c h m i d t s c h e n M a sc h in e e r r e g t e n d e s h a l b g r o ß e s x \u fs e h e n . Im Jah re 1896 wurde auf dem Eisenhüttenw erk Thale eine Schm idtsche Einkurbelverbundm aschine in Betrieb genommen, die für die PSiSt einen Dampf­

verbrauch von 3,835 kg ergab.

D ie V o r t e i l e d e s ü b e r h i t z t e n D a m p f e s blieben jedoch nicht auf eine besondere B auart b e­

schränkt. Sie w urden alsbald auf die hochentwickelte, doppeltwirkende Kolbenm aschine übertragen. E i n J a h r z e h n t g e n ü g t e z u r E i n f ü h r u n g d e s H e iß ­ d a m p fe s. Im Ja h re 1906 wurden bereits zwei D rittel der Maschinen von 500 P S und m ehr in den deut­

schen E lektrizitätsw erken m it überhitztem Dampf betrieben. Am schnellsten w urden die F o rt­

schritte der D am pftechnik im Lokom obilbau zur Anwendung und zum E rfolg geführt. G u te r- m u th b e r i c h t e t 1908 ü b e r d ie V e r s u c h s e r ­ g e b n is s e einer H e i ß d a m p f l o k o m o b i l e von Wolf in Magdeburg, die für die P S ,st einen D am pfver­

brauch von 3,73 kg und einen W ärm everbrauch von 2689 W E ergaben. Der therm ische W irkungsgrad dieser Maschine betru g 0,22. D am it war erwiesen, daß die H e i ß d a m p f v e r b u n d m a s c h i n e der D rei­

fach- und V ierfachexpansionsm aschine m it S a tt­

dampf sowohl bezüglich der therm odynam ischen als auch des mechanischen W irkungsgrades überlegen ist.

In diesem E ntw icklungsstadium erschien die G l e i c h s t r o m m a s c h in e , un d es w urde eine Z eit­

lang angenommen, daß sie das Schlußglied in der Entwicklung zur V ereinfachung bei vollkom m en­

ster W ärm eausnutzung w erden müsse. Zur K lä­

rung dieser Frage sind eingehende Versuche an ­ gestellt worden. Das übersichtlichste M aterial hierüber haben D ö r f e l und H e il m a n n veröffent­

licht, das durch V ersuche a n Lokom obilen gewonnen wurde. Es k önnten n u n Zweifel entstehen, ob die bei der Lokomobile erzielten Ergebnisse eine Ver­

allgemeinerung u n te r E inschluß der Großm aschinen zulassen. D erartigen Einw endungen ist zu b e­

gegnen m it der T atsache, daß der therm odynam ische W irkungsgrad bei sorgfältig durchgebildeten und mit H eißdam pf b etriebenen K olbendam pfm aschinen verschiedener B a u art und verschiedener Größe über­

einstimmend rd. 0,8 beträgt.

Zahlentafel 1 ergibt eine U ebersicht über die K onstruktions- u nd therm ischen V erhältnisse von vier Maschinen, die alle als gu te A usführungen be­

zeichnet werden können, in der Größe aber ganz er-

Z a h l e n t a f e l 1. V e r g l e i e v o n V e r s u c h s e r g e b n i v e r s c h i e d e n e r

h e n d e Z u s a m m e n s t e l l u n g s s e n a n D a m p f m a s c h i n e n

B a u a r t u n d G r ö ß e .

Erbauer der Maschine Sulzer Görlitz .Hart­

mann W olf, Magde­

burg Bauart der M aschine. . . . . 4 Z y l, 4 Zyl., E in- E in- 3 fache 3 fache fcnrbel- kurbel- Steuerung für einen Zylinder Expans. Expan3. V erbund V erbnnd

4 V entile 4 V entile 4 Kol- benvent.

einfach.

Kolben- sebieber Eintrittsspannung at ab s. . 13,2 13.3 10,3 16,1 Eintrittstem peratur ° C . . . 303 314.4 352,8 . 329 Gegendruck at ab s... __ 0,13 0,14 0,13

Expansionsenddruck at abs. — 0,35 0,47 . 0,60

Drehzahl Um dr./m in . . . . S S 3 126,9 £36,6

G esam tleistung PSj . . . . 5000. 2250,9 214,7 110,7 D am pfverbrauch kg/PSjSt . 3,96 4,05 4,03 3,73

W ärmeverbrauch WE/PSjSt 2891 2980 3C07 2872

T heoret. A rbeitsverm ögen f.

1 kg D a m p f... WE — 194,0 193,8 213,5 Zur A rb eitsleistun g nutzbar

g e m a c h t... WE 160 156,2 157,0 170.0 .

% 1 <80,5 %>,(81.0 %) (79.6 %|

lieblich voneinander abweichen: 5000, 2000. 200 und 100 P S ; sie haben verschiedene Steuerungsorgane, zwei sind Einkurbelverbundm aschinen, die großen sind als vierzylindrige Dreifachexpansionsm aschi­

nen ausgeführt. Die A nfangsspannungen weichen ebenfalls voneinander ab, aber alle arbeiten m it H eißdam pf von über 300 °. Der therm odynam ische W irkungsgrad ist 0,796 bis 0,810. W ir m üs­

sen hieraus die Schlußfolgerung ziehen, daß die Größe der Maschine, die Zahl der Zylinder und die B a u art der S teuerung a u f d ie W i r t s c h a f t ­ l i c h k e i t d e r D a m p f m a s c h i n e k e i n e n E i n ­ f lu ß h a b e n , w e n n d ie D a m p f t e m p e r a t u r 300°

o d e r m e h r b e t r ä g t .

Die von Heilmann durchgeführten Versuche erhielten dadurch besondere Bedeutung, daß sie sich auf das w eite T em peraturgebiet von 200 bis 500° erstreckten, also auf Tem peraturen aus­

gedehnt wurden, die m an bis dahin für praktisch unerreichbar hielt. Die Ergebnisse lassen sich kurz wie folgt zusam m enfassen:

1. B e i V e r b u n d w i r k u n g e r w e i s e n s ic h d ie h ö c h s t e n T e m p e r a t u r e n a l s v o r t e i l h a f t , w e n n d ie E x p a n s i o n e n t s p r e c h e n d w e it g e t r i e b e n w ir d . J e h ö h e r d ie U e b e r h i t z u n g i s t , u m so n i e d r i g e r k a n n d e r E x p a n s i o n s ­ e n d d r u c k g e w ä h lt u n d m i t V o r t e i l a u s g e ­ n u t z t w e rd e n .

2. D ie im H o c h d r u c k z y l i n d e r d e r V e r ­ b u n d m a s c h i n e a u f t r e t e n d e n V e r l u s t e e r ­ h ö h e n z u m T e il d a s A r b e i t s v e r m ö g e n u n d d e n G ü t e g r a d im K i e d e r d r u c k z y l i n d e r .

3. D ie E i n z y l i n d e r g l e i c h s t r o m m a s c h i n e i s t m it R ü c k s i c h t a u f d ie g r ö ß e r e n T e m p e ­ r a t u r u n t e r s c h i e d e in e in e m Z y l i n d e r u n d d ie h o h e n T r i e b w e r k s d r ü c k e a u f g e r i n g e r e G e s a m t e x p a n s i o n a n g e w ie s e n . D e r V e r l u s t d u r c h u n v o llk o m m e n e E x p a n s i o n i s t d a h e r b e i d e r G l e i c h s t r o m m a s c h i n e g r ö ß e r a l s b e i d e r V e r b u n d m a s c h in e .

Im Zusam m enhang m it der geringeren Expansion

bei der G l e i c h s t r o m m a s c h i n e ste h t das E r ­

gebnis, daß z u hohe Ueberhitzung hier keinen W ert

h at. Der Zweck der U eberhitzung ist erfüllt, wenn

H 4 0 S tah l und Eisen.

der Dampf den Zylinder trocken gesättigt ver­

läßt. D e r größte therm ische Vorteil der Gleich­

strommaschine ist der, daß die A u s l a ß k a n ä l e am Z y lin d e r e n d e fortfallen, so daß der ausströmende Dam pf von niedriger Tem peratur die Teile de»

Zylinders, die w ährend der E intrittsperiode mit dem Frischdam pf in Berührung kommen, nicht beein­

flussen kann. _ . ,

T r o t z d ie s e s V o r t e il s i s t d ie G le ic h - s t r o m m a s c h i n e b e z ü g lic h W ä r m e a u s ­ n u t z u n g d e r V e r b u n d m a s c h in e u n te r l e g e n . Es h a t sich ferner ergeben, daß die Gleichstrom­

maschine der gewöhnlichen Einzylindermaschine nur um ein geringes überlegen ist, wenn letztere ebenfalls m it Deckelheizung durch strömenden F rischdam pf (bei Anordnung der Steuerorgane im Deckel) versehen ist. D ie W irk u n g d es so g e­

n a n n t e n G le ic h s tr o m s t r i t t a lso z u r ü c k

44. J a h rg . N r. 46.

Allein dieser U m stand h at in m anchen Fällen den Ausschlag gegeben, wo m an auf größte Einfachheit

u n d

B etriebssicherheit W ert legt.

Ich habe schon hervorgehoben, daß, abgesehen von einigen m ißlungenen Anläufen, die Steigerung des Anfangsdruckes nur zaghaft erfolgte. Das ist um so auffälliger, als die Drucksteigerung bei Druckwasseranlagen m it den Anforderungen der B etriebe ohne Zögern erfolgte. Hier sind wir längst gewohnt, m it D rücken von 100 a t und mehr zu arbeiten, w ährend m an bis vor kurzem glaubte, m it dem D am pfdruck nicht über 15 a t gehen zu dürfen. D rucksteigerungen bis über 20 at pind in den letzten Ja h re n bei vereinzelten Neuanlagen festzustellen. Die Schwierigkeiten der Fortleitung hochgespannten Dampfes w urden ebenso über­

schätzt wie die der Erzeugung. Hierbei wurde nicht gebührend b eachtet, in welch erheblichem

O a m fjfte/n p e ra tu r in

A b b ild u n g 1. D a m p f v e r b r a u c h in A b h ä n g ig ­ k e i t v o n d e r A n f a n g a te m p e r a tu r .

Q eichstranm ascfiine ohne tJeckähelzung

#

» • /rr/t • •

Abbildung 2. Das spezifische Volumen des Dampfes bei S te ig e r u n g d e s D r u c k e s .

g e g e n ü b e r d e r D e c k e lh e iz u n g u n d r i c h t i g e r A n o r d n u n g d e r S te u e r o r g a n e u n d E r z ie lu n g k le in e n s c h ä d li c h e n R a u m e s.

A b b ild u n g 1 gibt eine Uebersicht über den D am pfverbrauch der angeführten B auarten in Ab­

hängigkeit von der Anfangstem peratur. Es würde zu w eit führen, das umfangreiche Zahlenmaterial von Heilm ann, Dörfel und anderen, die die an ­ geführten Ergebnisse stützen, hier anzuführen. Es k ann aber festgestellt werden, daß die Maschinen­

fabrik an ten und die Maschinenbesteller sich hier­

nach eingestellt haben.

Selbstverständlich haben die E igenart des Be­

triebes, die Platzverhältnisse und der Preis der Maschine oftmals den ausschlaggebenden Einfluß.

D ie E i n k u r b e l - V e r b u n d m a s c h i n e m it H e iß ­ d a m p f b e t r i e b i s t j e d o c h v o r h e r r s c h e n d , auch im W alzwerksbetriebe. Allerdings ist hier das S treben nach der einfachen Maschine sehr stark.

E ine G l e i c h s t r o m m a s c h i n e Stumpfscher B au­

a r t h at nur z w e i E i n l a ß v e n t i l e , die Auslaßorgane fallen fort. Die V e r b u n d m a s c h in e gewöhnlicher B a u art h a t v i e r E i n l a ß - und v ie r A u s la ß ­ o r g a n e , also insgesam t a c h t S te u e r o r g a n e .

Maße das spezifische Volum en des Dampfes bei Steigerung des Druckes abnim m t.

In A b b ild u n g 2 ist das bildlich dargestellt; bei 224,4 at, also bei E rreichung des kritischen Druckes, ist das spezifische Volumen des Dampfes gleich dem des W assers, also ungefähr 0,001 m s/kg. Aber schon bei D rücken von erheblich geringerer Höhe ist die Vo­

lum enabnahm e erheblich, bei 70 a t ist der Raum­

inhalt nur ein Zehntel desjenigen bei 10 at. Infolge U eberhitzung nim m t das Volumen natürlich zu.

Im m erhin h at Dam pf von 60 a t und 400° nur ein Sechstel des R aum inhalts von solchem von 10 at Spannung. E ine D a m p f l e i t u n g , die für den nied­

rigen Druck 300 m m (J) erhalten m üßte, genügt für den hohen D ruck m it 120 mm 0 . Sie entspricht bei 30 m /sek D am pfgeschwindigkeit einer stündlichen Dampfmenge von 24 000 kg und einer Maschinen­

leistung von 7000 PS. F ür diese Rohrleitung genügt eine W andstärke von 5 mm, also wie sie für die heute üblichen D rücke zur Anwendung kommt.

In der le tz te n Zeit ist nun in dem Streben nach höchster W irtschaftlichkeit ein deutlicher Fort­

sc h ritt in der E r h ö h u n g d e s D a m p f d r u c k e s zu

verzeichnen. Als erster

wiederum W ilh elm

13. November 1924.

Stahl und Eisen. 1441

S c h m id t , der E rb au er der ersten H eißdam pf­

maschine. E r h a t eine K oibendam pfm aschine durch­

gebildet, die m it 60 a t Anfangsspannung arbeitet.

Sie erfordert für die N utzpferdestärke 2200 WE und erreicht dam it den W ärm everbrauch der Gas­

maschine. Infolge der Ergebnisse an den Schmidtschen Versuchsmaschinen h at A. B o r s ig für seinen B etrieb in Tegel eine Selimidtsche

A b b ild u n g 3. E r z e u g u n g s w ä r m e f ü r 1 k g W a s s e r d a m p f .

Maschine von 760 P S e gebaut. Der Kesseldampf von 60 a t und 40 0 0 wird in der Maschine bis auf 10 a t ausgenutzt. Der H ochdruckzylinder h a t einen Durchmesser von 325 mm, der N iederdruck einen solchen von 510 mm. Der gemeinsame H ub b eträ g t 900 mm und die U m drehungszahl 120 i. d. min.

Der A bdampf dient zum Betriebe von Dampfhämmern. Von den D am pfhäm ­ mern geht der Abdam pf zu einem D am pf­

speicher, aus dem eine A bdam pfturbine gespeist wird. Als Steuerorgane der H öchst­

druckmaschine dienen en tlastete Kolben­

schieber. Die Regelung der zum Antrieb eines Luftkom pressors dienenden Ma­

schine erfolgt durch einen Achsregler, der als Leistungsregler ausgebildet ist, um die Umdrehungszahl dem jeweiligen L u ft­

bedarf anzupassen.

Die Ergebnisse der Schmidtschen Ver­

suchsmaschinen sind von H a r t m a n n und F r a n k e veröffentlicht worden. Bevor ich auf diese eingehe, m öchte ich einige allgemeine Ausführungen über die Eigenschaften des W asserdampfes machen. Bis 60 a t und 450° sind die

Beziehungen zwischen Druck, Tem peratur, W ärm e­

inhalt und E ntropie des W asserdampfes durch die Forschungsarbeiten von Knoblauch bestim m t worden.

Darüber hinaus sind die W erte durch E xtrapolation von Schüle, Stodola, Josse und anderen erm ittelt worden.

A b b ild u n g 3 g i b t e in e U e b e r s i c h t ü b e r d ie z u r E r z e u g u n g v o n 1 k g W a s s e r d a m p f e r f o r d e r l i c h e W ä r m e m e n g e b e i v e r s c h i e d e ­ n e n D rü c k e n . Der W ärm einhalt des Dampfes

ist un terteilt in Flüssigkeitswärme, Verdampfungs­

wärme und Ueberhitzungswärme. Das Bild zeigt, daß die Flüssigkeitswärme m it steigendem Druck zunimmt, während die Verdampfungswärme ab­

nimm t. Die U eberhitzungswärme ändert sich in engeren Grenzen. Am bem erkenswertesten ist, daß der Gesamtwärmeinhalt des überhitzten Dampfes linear abnimmt. Die Erzeugungswärm e des Heiß­

dampfes von 5 a t und 450° beträgt 807 W E/kg, bei 100 a t und gleicher Tem peratur 781 W E/kg, also 26 W E /kg weniger. D ie E r z e u g u n g h o c h g e ­ s p a n n t e n D a m p f e s e r f o r d e r t d e m n a c h w e­

n ig e r W ä rm e a ls d ie d e s D a m p fe s v o n n ie ­ d e r e r S p a n n u n g .

A b b ild u n g 4 zeigt, daß der W ärm einhalt des Dampfes bis zum kritischen P unkt, also bis 224,4 at, dauernd ab nimmt. E r ergibt sich hier zu 449 W E/kg, die Flüssigkeitswärme h at den gleichen W ert, die Verdampfungswärme ist gleich Null. Die Tempe­

ra tu r des gesättigten Dampfes beträg t bei diesem Druck 374°. Die geringste Erzeugungswärme er­

fordert demnach Dampf von 224,4 at, was den Engländer B e n s o n veranlaßte, das nach ihm be­

nannte Verfahren der Dampferzeugung auszu­

bilden.

U m s ic h e in e n M a ß s ta b f ü r d ie W ä r m e ­ a u s n u t z u n g b e i h o h e n u n d h ö c h s t e n D r ü c k e n zu b i l d e n , i s t a u ß e r d e r v e r m i n ­ d e r t e n E r z e u g u n g s w ä r m e d a s e r h ö h t e A r ­ b e i ts v e r m ö g e n in B e t r a c h t zu z ie h e n . ,Man vergleicht zu diesem Zwecke das für die verlust­

lose Maschine zur Verfügung stehende Wärmegefälle nach der Wärme-Entropie-Tafel.

A b b ild u n g 4. E r z e u g u n g s w ä r m e f ü r g e s ä t t i g t e n W a s s e r ­ d a m p f b is z u m k r i t i s c h e n P u n k t .

A b b ild u n g 5 zeigt die verfügbaren W ärme­

gefälle von auf 4 5 0 0 überhitztem Dampf für ver­

schiedene Anfangs- und Enddrücke. Zunächst ist augenfällig, in welch erheblichem Maße das A rbeits­

vermögen steigt, wenn man den Dampf s ta tt auf 0,15 at, wie bei Kolbenm aschinen bisher üblich, auf 0,02 a t E nddruck ausnutzt, wie es bei Turbinen angestrebt wird. Demgegenüber erscheint der Gewinn klein, der durch Steigerung des Anfangsdruckes er­

zielt wird. Z. B. Dam pf von 10 a t ergibt ein Wärme-

1442 Stahl und Eisen.

44. J a h rg . .Nr. 4ü.

gefalle von 277 W E/kg, Dampf von 100 at ergibt ein Wärmegefälle von 346 W E/kg, also Zunahme rd. 25 %. '

Vergleicht man jedoch das Wärmegefalle bei den Druckverhältnissen, wie sie sich bei M a sc h i- m it G e g e n d ru c k ergeben, deren Ab- n e n

flußt durch die Abnahme der Erzeugungswärme und durch E rhöhung des verfügbaren Wärme­

gefälles. Beides kom m t zur Geltung im ther­

mischen W irkungsgrad. Um sich ein B ild über die gesamte Verbesserung zu machen, ist es zweck­

mäßig den therm ischen W irkungsgrad für die

A b b ild u n g 5. V e r fü g b a r e s W ä r m e g e f ä l l e v o n a u f 450» ü b e r h i t z t e m D a m p f f ü r v e rs c h ie d e n e A n fa n g s- u n d l i n d d r u c k e .

A b b i l d u n g ⁶. D r u c k v o lu m e n d ia g r a m m d e r v e r l u s t l o s e n M a s c h in e .

dampf zu Heiz- oder Kochzwecken verwendet

■Wird, der eine bestimm te Temperatur und somit einen bestim m ten Druck haben muß, so zeigt sich ein anderes Bild. Die g ro ß e B e d e u tu n g des e r h ö h t e n A n f a n g s d r u c k e s wird deutlich. Wird beispielsweise Heizdampf von 1300 benötigt, so ist die Maschine m it ungefähr 5 at Gegendruck zu betreiben. Bei 10 at Anfangsspannung beträgt das Wärmegefälle 51 W E/kg, bei 100 at Anfangsspan- nung beträgt das Wärmegefälle 174 W E/kg, a ls o ^ 0,725 e in e Z u n a h m e a u f d a s 3 % fa che; bei einer Steigerung von 20 at auf 100 at ergibt sich noch ein |> ’ Gewinn von 174 — 88 = 86, also rd. 1 00% ; bei ^ J7S einer Steigerung von 20 at auf 60 at, dem Anfangs- %e,3SB druck der Schmidtschen Maschine, e r g ib t sic h n o c h e in G e w in n v o n 70% .

tm D r u c k v o lu m e n d ia g r a m m tr itt der große .»Vorteil hoher Anfangsdrücke ebenfalls deutlich in Erscheinung. A b b ild u n g 6 zeigt das ideale Druck­

volumendiagramm nach Clausius-Rankine für 60 at Anfangsspannung und 4000 Anfangstemperatur. Die von der Expansionslinie begrenzte Fläche stellt das Arbeitsvermögen des Dampfes dar. Bei 5 at G e g e n ­ d r u c k kom m t der untere Flächeuteil B für die Arbeitsleistung in Fortfall. Bei dem heute schon als hoch geltenden Anfangsdruck von 15 at bleibt demüach eine Arbeitsfläche von f2, die im Vergleich m it der fortgefallenen f t klein ist. Steigert man den Anfangsdruck bis 60 at, so ergibt sich ein Arbeits­

gewinn von der Größe der Fläche f3. Man sieht aus dem Diagramm deutlich, daß schon eine geringe Steige­

rung des Anfangsdruckes erheblichen Gewinn bringt.

Die erhöhte W irtschaftlichkeit des Dampfbe­

triebes infolge Druckerhöhung wird also beein-

verlustlose Maschine aufzustellen. A b b ild u n g 7 zeigt Schaulinien, die die E rhöhung des ther­

mischen W irkungsgrades für die verlustlose Ma­

schine bei E rhöhung des Anfangsdruckes zur Darstellung bringen. Als Gegendruck ist ent­

sprechend der höchsten praktisch erreichbaren Luftleere ein Druck von 0,02 a t abs. angenom-

§.0,275

0,225,O 5

¿nfbmjsc/nucO 7rr a f abs.

A b b ild u n g 7. T h e r m is c h e r W i r k u n g s g r a d d e r v e rlu s tlo s e n M a s c h in e b e i 0 ,0 2 a t G e g e n d r u c k .

men. Die untere L inie gilt für gesättigten, die obere für auf 450° überhitzten Dampf.

Als Schm idt die erste Höchstdruckmaschine ausbildete, ging er von der gleichen Erwägung aus.

die ihn bei seiner ersten Heißdampfmaschine leitete.

E r wollte schnell zu einem Ergebnis kommen und schaltete Elem ente aus, die ihm praktische Schwie­

rigkeiten bereiten konnten. E r w ählte einfach wir­

kende Maschinen und verm ied 'so die Hochdruck­

stopfbüchse; die Glocken der Doppelsitzventile für

13. November 1924.

S tahl und Eisen. 1443

den Einlaß wurden zunächst aus Nickel hergestellt.

Die selbstdichtenden Ringe für die Kolbenliderung bew ährten sich vollständig. Die Nickelventile m uß­

te n jedoch gegen solche aus Gußeisen von hoher Festigkeit vertauscht werden, da die Nickelventile infolge des vom Gußeisen verschiedenen Ausdeh­

nungskoeffizienten nicht dicht hielten. Und es sei gleich hinzugefügt, daß die Frage der Hochdruck­

stopfbüchse inzwischen auch gelöst wurde. Die ersten Versuche w urden m it 33 bis 45 at Anfangs­

spannung durchgeführt. Es ergab sich ein gün­

stiger W ärm everbrauch von 2390 W E/PS,st.

Die bei diesen Versuchen gewonnenen Betriebs­

ergebnisse w urden sorgfältig ausgewertet und er­

gaben bei der H ochdruckstufe eine gute A n n ä h e ­ r u n g a n d ie v e r l u s t l o s e M a s c h in e , dagegen war der therm odynam ische W irkungsgrad im Nieder­

druckzylinder schlecht, der sich zu etwa 0,5 ergab.

Diese Feststellung veranlaßte Schmidt, nunm ehr sein ganzes Augenmerk auf die Verbesserung der Dam pfausnutzung im Niederdruckzylinder zu ric h ­ ten. E r kam zu dem Ergebnis, daß die Ueber- hitzung des in den Niederdruckzylinder eintretenden Dampfes so wichtig sei wie die Ueberhitzung des Dampfes für die H ochdruckstufe, und daß diese so weit getrieben werden müsse, daß die m it dem A rbeits­

dam pf in B erührung kom m enden F lächen von Zy­

linderdeckel, Zylinderlauf und Kolben eine m ittlere Tem peratur erreichen, die der S ättigungstem peratur des eintretenden Dampfes entspricht, daß also er­

reicht wird, daß der den N iederdruckzylinder ver­

lassende Dampf n o c h t r o c k e n g e s ä t t i g t is t.

Ferner folgerte er, daß w eitestgetriebene Expansion bei höchster Luftleere im K ondensator geboten sei. Da bei 60 at Anfangsdruck und 0,05 a t Gegen­

druck eine niederschlagsfreie A usnutzung des Dampfes durch einmalige U eberhitzung eine zu hohe A nfangstem peratur ergeben h ätte, ging Schmidt zur m ehrfachen D am pfüberhitzung über.

Die w eiteren Versuche w urden an einer vier­

stufigen Maschine vorgenommen. Die Zylinder­

durchmesser betragen 135, 240, 285 und 680 mm, fü r die beiden O berstufen b e trä g t der Kolbenhub 400 mm, für die beiden U nterstufen 600 mm.

In dem einfach w irkenden Hochdruckzylinder dehnt sich der Kesseldampf von 55 a t bei 435° auf 18,3 at. Der A bdam pf h a t eine T em peratur von 300 °. Der erste ebenfalls einfach w irkende M ittel­

druckzylinder entspannt den D am pf bis auf 5 a t abs., wobei die Tem peratur auf 185° sinkt. In diesem Zustand wird der Dampf durch gesättigten Kessel­

dam pf von 56 at erneut auf 260° ü berhitzt und ge­

langt dann zu dem zw eiten doppelt wirkenden M itteldruckzylinder, in dem er sich bis auf 0,8 at ausdehnt, w ährend die T em peratur bis auf 1 0 0 0 fällt. J e tz t wird in gleicher Weise auf 226 0 über­

hitzt, so daß auch die A rbeit im Niederdruckzylinder vollständig trocken ohne W andniederschläge ver­

läuft. D e r D a m p f v e r b r a u c h e r g i b t s ic h b e i e i n e r L e i s t u n g v o n 150 PS zu 2,26 kg/PSi, d e r W ä rrp e v e rb r a u c h zu 2065 W E, bezogen auf Speisewasser von 0°.

Z a h l e n t a f e l 2 . V e r s u c h s e r g e b n i s s e a n e i n e r S c h m i d t e o h e n H ö c h s t d r u c k m a s c h i n e v o n

P r o f e s s o r P r a n k e , H a n n o v e r .

1. Ausführung der M aschine: V ierstufige E xpansion, zw eifache Zwischenüberhitzung m it K ondensation.

2. A bm essungen der M aschine: Hochdruckseite 135/240 mm Zyl.-Durchm., 400 Hub, einfach wirkend.

N iederdruckseite 285/680 mm Zyl.-D urchm ., 500 Hub, doppelt wirkend.

146,58 Umdr./min 4. Dam pfdruck im K e s s e l ... 57,50 at abs.

5. Gegendruck im K ondensator . . . . 0,039 al abs.

(98 %) 6. Indizierte G esam tleistung ... 149,58 PSi 7. Dampfverbrauch (A rbeitsdam pf) . . . 2,26 kg/PSi8t 8. Zugeführte W ärme lür 1 kg Arbeits­

dampf 914,70 WE

a) im A rbeitsdam pf s e l b s t ... 807,00 b) im Zwischenüberhitzer I . . . . 47,70 c) im Zwischenüberhitzer 11 . . . . 60,00 9. Rohdam pfverbrauch (a + b - f c) au s­

gedrückt in Arbeitsdam pf v. 807 W E/kg 2,56 k g/P S jst 10. W ärm everbrauch, b ezogen auf 0 °

S p e is e te m p e r a tu r ... 2065 W E/PSiSt 11. W ärm everbrauch, bezogen auf 2 9 ,5 °

K o n d e n s a tio n ... 2000 W E /P S^ t * 12. D am pfverbrauch der verlustlosen

M a s c h in e ... 2,02 k g /P S est des Hochdruck-Zyl... 0,954 des I. M itteldruck-Zyl. . . . 0,794 fl) cj

1 -fl ij, des II. Mitteldruck-Zyl. . . . 0,766

° fl m

O B ® , des N iederdruck-Zyl... 0,734 , o c — hn

13. j. g c des Hochdruck-^yl. und des fl 3 3

-fl g 2 I. M itteldruck-Zyl... 0,882 S-1 “ iS der gesam ten M aschine, b e­

■° £ zogen auf in d izierte L ei­

stung aus I.-S.-D iagr. . . . 0,805 14. Therm ischer W irkungsgrad:

in indizierte Arbeit um ges. W ärme

0,306 zur D am pferzeug, aufgew . W ärme

15. E x p a n sio n s v e r h ä ltn is ... 1/185

H i e r b e i i s t z u b e a c h t e n , daß jedem kg Dampf 914,7 W E zugeführt wurden, und zwar 807 W E /k g im Dampfkessel, 47,7 im ersten Zwischen­

überhitzer und 60 W E /kg im zweiten Zwischenüber­

hitzer. Rechnet m an den Gesamtwärmeaufwand auf Rohdam pf von 807 W E /kg Erzeugungswärm e um, so ergibt sich ein Dampfverbrauch von 2,56 kg /P S ;st.

f/yfrop/'e

A b b ild u n g §. A d ia b a t is c h e s u n d a u s g e n u t z t e s W ä r m e ­ g e fä lle d e r S c h m i d t s c h e n H ö c h s t d r u c k m a s c h i n e .

A b b ild u n g 10. S c h m id ts c h e H ö c h s td r u c k m a s c h i n e .

A b b ild u n g 11. Z w is c h e n ü b e r­

h i t z e r v o n S c h m id t.

1444 S tahl und Eisen.

44. J a h rg . N r. 46.

Einzelheiten über einen von Professor Franke, Hannover, ausgeführten Versuch sind in Zahlen­

tafel 2 wiedergegeben. A b b ild u n g 8 zeigt das adiabatische und das ausgenutzte Wärmegefälle an der Schmidtschen Maschine bei diesem Versuche.

A b b ild u n g 9 zeigt die rankinisierten Indikator­

diagramme der Versuchsmaschine. Sie geben einen

d 7 j a f

a t ß a r k /r /s /e r f e ss\J rd /k a /o r d /'a g r a n r m e

1 d e r y /e r s k u ffg e r

\ d ö c h sfd ru c k rra se /rfre .

Xräfte/ngßsf- 0,V5mmraf XM/teMz-

nicht nur unm ittelbar zur Vergrößerung des Wärme­

gefälles, sondern auch als geeignetes H eizm ittel für die U eberhitzung des A rbeitsdam pfes in den Zwi­

schenstufen und som it für die D urchführung eines trockenen verlustlosen Arbeitsvorganges.

D ie E r h ö h u n g d e s D a m p f d r u c k e s b r i n g t d e r G e g e n d r u c k m a s c h i n e g a n z n e u e E n t ­ w i c k l u n g s m ö g l i c h k e i t en b ei d e r V e r b i n d u n g v o n K r a f t - u n d W ä r m e li e f e r u n g als H e i z u n g s k r a f t m a s c h i n e , u n d h i e r d ü r f t e d e r S c h w e r- p u n k t d e r n e u e n E n tw ic k -

yfmder

70,

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Ueberblick über die Zylinder und Expansionsver­

hältnisse.

Die Zylinderverhältnisse sind:

Hochdruck-Zylinder

zum ersten Mitteldruck-Zylinder 1 : 3,38 zum zweiten Mitteldruck-Zylinder 1:14,33 zum Niederdruck-Zylinder 1 : 87,0.

A b b ild u n g 10 zeigt die Versuchsmaschine von Schmidt für vierstufige Expansion. A b b ild u n g 11 gibt den für die Zwischenüberhitzung benutzten A pparat wieder.

D u r c h d ie V e r s u c h e a n d e r S c h m id ts c h e n M a s c h in e i s t e r w ie s e n , d a ß es m ö g lic h i s t , K o lb e n d a m p f m a s c h in e n zu b a u e n u n d zu b e t r e i b e n , d ie b e i ' 60 a t A n f a n g s s p a n n u n g , v i e r s t u f i g e r E x p a n s i o n u n d K o n d e n s a t i o n s ­ b e t r i e b w e n ig ü b e r 2000 W E/PS.st e r f o r d e r n u n d e in e n th e r m i s c h e n W ir k u n g s g r a d v o n rd.

30% e r g e b e n . Der Höchstdruckdampf w irkt hierbei

l u n g lie g e n . Bei einem Gegendruck von 3 at würde die Schm idtsche Maschine die PSi st m it dem gleichen W ärm eaufw and erzeugen wie die heutige beste Kondensationsm aschine, dazu stände die ge­

sam te Abwärme für Heizzwecke zur Verfügung.

E in Zahlenbeispiel möge das verdeutlichen. Für einen Fabrikationsbetrieb seien 4000 P S e an Betriebs­

kraft und 12 000 000 W E für Heizungszwecke er­

forderlich. Zahlentafel 3 en th ä lt die vergleichende Zusam menstellung des W ärm everbrauchs und der Betriebsverhältnisse. H ierzu kom m t noch der Um­

stand, daß die verbundene K raft- und Wärmeerzeu­

gungsanlage erheblich billiger wird.

Im Fall 1 sind erforderlich:

- y = 1786 = ~ 1800 m a Heizfläche in der Kesselanlage, im Fall 2:

^M OQ00 = 872 = ~ 900 m1 Heizfläche,

13. November 1924.

S tah l un d Eitlen. 1445

Zahlentafel 3. V e r g l e i c h e n d e Z u s a m m e n s t e l ­ l u n g d e s W ä r m e V e r b r a u c h s u n d d e r B e ­ t r i e b s v e r h ä l t n i s 8 e f ü r e i n e K r a f t - u n d H e i ­ z u n g s a n l a g e v o n 4000 P Se u n d 1 2 - 1 0 s W E f ü r

H e i z z w e c k e .

Ausfühningsart

A n f a D g s d r a c k d e r M a­

s c h in e p j afc a b s A n fa n g s te m p e r a fc . t j ° 0 E n d s p a n n u n g in d . M a­

s c h in e p e a t a b s . W ir k u n g s g r a d d e s K e s -

sel3*ik W ir k u n g s g r a d d . R o h r ­

l e it u n g Tjj M e c h a n . W ir k u n g s g r a d

d e r M a s c h in e 71 im T h e r m o d y n a m is c h e r W ir k u n g s g r a d d e r M a ­

s c h in e T) T h e r m . W ir k u n g s g r a d

Jg

d e r v e r l u s t lo s e n M a ­

s c h in e *r]0 = — G e s a m tw ir k u n g s g r a d d . M a s c h in e e in s c h l. K e s - s e la n la g e 7j w = -/¡k •

•^1 • V ■

\ ■ rlo

W ä r m e v e r b r . f ü r d ie P S e s t in W E W ä r m e v e r b r a u c h d e r M a s c h in e j e s t in W E D a m p fv e r b r . j e P S e s t

in k g 6 32 .3 D e =

1 • • 7lm ' \

G e s a m td a m p f v e r ­ b r a u c h k g / s t W ä r m e in h a lt v o n 1 k g

A b d a m p f W ä r m e a u fw a n d i. H e iz ­

k e s s e l W E G e s a m tw ä r m e a u fw a n d

W E J a h r e s k o h le n v e r b r a u c h v o n 7500 W E H e iz w e r t u n d 7200 B e t r i e b s s t u n ­

d e n in t J a h r e s a u s g a b e n fü r K o h le n , b e i e in . P r e is

v o n 25 J i / t in M a rk M e h r v e r b r a u c h in M a rk W ä r m e v e r b r a u c h fü r

E i n k u r b e lv e r b u n d - m a s c b in e m i t K o n ­ d e n s a t io n f ü r K r a f t - e r z e u g u ü g . F ü r H e iz ­ z w e c k e b e s o n d e r e

D a m p fk e s s e l

E in k u r b e l V e r b u n d ­ m a s c h in e a ls v e r e in , K r a f t - u n d H e iz u n g s ­ m a s c h in e ( H ö c h s t ­

d r u c k m a s c h in e )

15 350

0,4

0,80

0,98

0,90

0,80

= -162 = 0.2X5

= 0,8 • 0,98 . 0.9 • 0,8

• 0 ,2 15 = 0 ,12 2

632.3 --- = 5180 0,122

4000-5180 = 2 0 ,7 2 -IO6

6 32,3 751 0 ,1 2 2 • 0,9 • 0,8

= 5 ,4 5

4000 • 5 ,4 5 = 2 1 800

12 0 0 0 0 0 0

IO6

0,8

2 0 , 7 2 + 1 5 = 3 5 7 2 • IO6 7200 . 3 5 .7 2 . 106

7500 • 1000

= 3 4 300

856 000

390 400 d ie P S p S t e in s c h lie ß - lic h K e s s e lv e r l u s t e n a c h A b z u g d e r f ü r H e i­

z u n g v e r w a n d t e n W ä r m e WE/Pf*est

60

450

3 0.80

0,98

0,90

0,88

165

“ 7 8 6 = ° 2 10

= 0 ,8 • 0,98 -0 ,9 . 0,88

• 0 ,2 10 = O 13

632,3

— — = 4860 0 ,13

40C0 - 4860 = 19 4 4 -IO6

632,3 786-0 ,2 1-0 ,9-0 ,8 8

= 4,825

4000 • 4,8 2 5 = 19 3 0 0

621

1 9 ,4 4 - 106

7200 • 19 ,4 4 - 106 7500 - 1000

= 18 630

465 600

(Y]w = 0 , 3 4 ) 1860

wobei nur zu beachten ist, daß die Hochdruckkesselanlage sich für die E inheit teurer stellt. Die H öchst­

druckm aschine für Gegendruck 4000 P S e und die K ondensationsm aschine 4000 P S e sind in A bbildung 12 gegen­

übergestellt. Die H öchstdruckm aschine ergibt ein Gesamtgewicht von 50 t, die K ondensationsm aschine ein solches von 188 t. Im ähnlichen V erhältnis w erden sich die Preise zueinander stellen. Abbildung 13 zeigt d ie W ä r m e ­ s t r o m b i l d e r d e r b e i d e n A n la g e n .

D ie B e d e u t u n g d e r H ö c h s t d r u c k m a s c h i n e f ü r d ie V e r k o p p e l u n g v o n K r a f t - u n d W ä r m e ­ w i r t s c h a f t dü rfte durch dieses Beispiel deutlich gezeigt sein. E s ergeben sich neue Möglichkeiten für Fernheizungs-Anlagen, deren hohe W irtschaft­

lichkeit schon bei den heute üblichen Betriebsver­

hältnissen erwiesen ist. Die Z e c h e G ra f B e u s t in E s s e n beabsichtigt, ein Fernheizwerk zu errich­

te n zu dem Zwecke, die städtische B adeanstalt und eine H äusergruppe zu beheizen u nd m it W armwasser zu versorgen. Der stündliche W ärm ebedarf stellt sich auf 16,6 Millionen W E, entspricht also ungefähr der eben besprochenen Anlage. Es wird der Abdampf der Betriebsmaschinen einem Dampfsammler und von dort den Warmwasserkesseln zugeführt. Der Dam pf durchström t ein kupfernes Röhrenbündel, in welchem er seine W ärme an das W asser abgibt. Das Kondens- wasser w ird zum Kessel zurückgeführt. Das er­

zeugte W armwasser w ird durch Kreiselpumpen in die F ernleitung und das angeschlossene R ohrnetz gedrückt. D urch U m stellung der K ondensations­

maschine auf Gegendruck en tste h t ein Mehraufwand von 1120 t Steinkohle im Ja h r. Die E rsparnis an Heizkoks beläuft sich auf 3800 t im J a h r 1).

An dieser Stelle wäre noch die Verwen­

dung von Anzapfdampf und zu behandeln. Beides h at P latz angewendet, bew ährt, auf weitere Ausführungen

können, zumal da ich weiter un ten die Speisewasser­

erwärmung durch A nzapfdam pf noch behandeln werde.

Bevor ich meine Ausführungen über Kolben­

dampfmaschinen abschließe, möchte ich an H and einer Schaulinie zeigen, was uns die E n t ­ w ic k lu n g d e r D a m p f m a s c h i n e gebracht hat.

In der A b b i l d u n g 14 ist die Verminderung des D am pfverbrauchs bildlich dargestellt. Be­

rücksichtigt sind die Einzylinderm aschine m it und ohne K ondensation und die M ehrfachexpan­

sionsmaschine m i t Kondensation. Ich habe mich dabei auf die Zeit von 1890 bis heute beschränkt.

Die Verm inderung des D am pfverbrauchs geht bei den drei B auarten parallel von 1890 bis 1902 in­

folge allm ählicher Steigerung des Dam pfdruckes, Verbesserung der Steuerung und sorgfältiger W eik-

die Vakuumheizung sich, am richtigen Ich glaube jedoch, hier verzichten zu

*)

Vgl, V - D - I -N a c h r ic h te n "1924;

N r. 13.

X L V I...

Abbildung 12. Höchstdruokmaschine 4000 PS für Gegen­

druck und norm. Kondensationemasohine von 4000 PS.

182 I

rd-70200

Jt

1446 S tahl und Eisen. Z«r

44. J a h rg . N r. 46.

2ffer/usfeo/.Heizung 3,3 Kesse/rer/.

„0.03Verl. gf.

■2^,0^.

Ver/.d.

Heizg.

IVärmeinhalf d Brennstoffes 35,721-10eWE100%.

NutzbarjlirHeizzwecke 70-70e \ V rv.lne „ tr%

» » Brafftzwecke2^3-10 y

Ver/usfe d.Oampffkesse/ .7,13-10%' 20%

• » Kondensators 13,0 ■10 " 30.3/o

• ” Rohrleitungen 2,05 '70 e ’ 5.3 °/o_

" * Maschine . 0.99 -70 ff 2,3 ¡o.

Arbeif _7S.S- 10e WE _72.53-70e ••

_ J ,3 -70e ”

_ 2,08-70*

.J/.SS-IO6 70%

S°/o,

A *

A b b ild u n g 13. W ärm e stro m b ild e r fü r zwei K ra ft- u n d H eizungsanlagen.

A u sfü h ru n g A : G e tre n n te K ra ft- u n d H eizu n g san lag e.

„ B : G ek u p p elte K ra ft- u n d W ä rm e w irtsc h a ft.

--- ---

[LA,.

ffrmfatoffk

y^-s/röm e/rae/T fr/sc/rda/rrpf/rcrc/r/fer'chvre

E/ntv/rAung durcA J/iHsendi/ng 1

des AocAsMrucAes

A b b ild u n g 14. S ch au lin ien ü b e r V erm inderung des D am pf Verbrauchs vo n 1890 bis 1921.

sta tta rb e it. Die E inführung des Heißdam pfes legte ich in das J a h r 1902, da überh itzter Dampf in der wirksam en Höhe von 3 2 5 0 vorher nur vereinzelt zur Anwendung kam . Die Abbildung zeigt, in welch einschneidender Weise der H eißdam pf wirkte, allerdings bei der Mehrfach­

expansionsm aschine aus den bekannten G ründen nicht in gleichem Maße wie bei der Ein­

zylinderm aschine. Die weitere Verbesserung geht wieder par­

allel durch Verbesserungen der oben gekennzeichneten Art. Im Jah re 1906 t r i t t die Einwirkung der Deckelheizung durch strö ­ m enden F rischdam pf m it der E inführung der Maschine H art- m ann-K erchove in Erscheinung.

Diese Verbesserung ist bei der Mehrfachexpan­

sionsmaschine wieder von geringerer Bedeutung.

Seit 1906 sind die Dam pfspannungen und Tempe­

ratu re n fortlaufend gesteigert worden und haben in steter Entw icklung die Dampfverbrauchszahlen gebracht, die ich für die Heiß- dam pfverbundm ascliine für das Ja h r 1921 m it 3,9 kg für die PSiSt angesetzt habe. Dieses Ja h r b rin g t uns die Höchst­

druckm aschine von Schmidt m it einer weiteren Verbesse­

rung um 1 kg. Die Verbund­

maschine m it Gegendruck tritt erst in den letzten Jah ren in Erscheinung in- 29BO 7SBS folge Verkoppelung von Wärme- und K raftw irt­

schaft.

(Fortsetzung folgt.)

Z u r Frage d er A r b e itszeit für d ie F e u e r a r b e ite r d e r H ü t t e n w e r k e . Von Abteilungsdirektor $r.=5ng. M S c h e lle w a ld in Rheinhausen (M ederrhein).

(Kennzeichnung des Kampfbodens. Nachweis der wirtschaftlichen Untragbarkeit des Dreischichlensystems an Hand praktischer Betriebsergebnisse. Unbedenklichkeit der jetzigen Arbeitsweise vom gesundheitlichen Standpunkt aus gesehen. Beanspruchung des Hüttenarbeiters im Gegensatz zum Maschinenarbeiter der Weiterverarbeitung. Zeitmes­

sungen zur Aufteilung der Schichtzeit in Arbeit, Arbeitsbereitschaft und Pause. Die wirtschaftliche, technische und psychologische Unmöglichkeit der vom Arbeitsministerium geplanten Sonderregelung für einzelne freie Arbeiter.) J

ist auffällig und bedauerlich, daß die bereits

seit Jahresfrist im Kreise der Arbeitsgemein­

schaften und m it den Regierungsstellen gepflogenen Verhandlungen über die Arbeitszeitfrage, im beson­

deren auch die neuerdings im Vordergrund der Be­

achtung stehende Erörterung der Arbeitszeit in den H üttenbetrieben, so außerordentlich unfruchtbar bleiben und nicht zu der für das Volkswohl unbedingt nötigen Verständigung führen. Die Gründe hierfür scheinen m ir in folgendem zu liegen.

‘*1. Es ist ein Grundfehler, der sich nur aus einer so recht deutschen theoretisierenden Anschauungs­

weise erklärt, daß die ganze Frage allzusehr politisch- dogmatiseh, s ta tt sachlich-wirtschaftlich betrachtet wird. S ta tt ganz nüchtern an Hand wirklicher Zahlen zu untersuchen: wie liegen zurzeit die Ver­

hältnisse und was kann unbeschadet einer auf ein erstrebenswertes Endziel gerichteten grundsätzlichen Einstellung angesichts der durch Versailles und Lon­

don geschaffenen Lage für die nähere Zukunft ge­

schehen?, wird nicht nur von den Gewerkschaften, sondern zum Teil auch von den Regierungsstellen und der öffentlichen Meinung die ganze Frage viel zu wenig als praktische Angelegenheit des Tages, sondern als grundsätzliche Weltanschauungsfrage be­

handelt. Es ist kein W under, daß bei solcher Ein­

stellung die Verständigung darüber ausbleibt, was zurzeit nottut.

2. Im Zusammenhang hierm it und teilweise eine

Erklärung für das oben Gesagte bildend, steht die

bedauerliche Tatsache, daß die Verfechter einer V er-

kürzung der A rbeitszeit um ieden Preis erößtenteils