Die Anwendung des überhitzten Dampfes im Dampfmaschinenbetriebe. Von O. Herre, Ingenieur und Lehrer. (Fortsetzung des Berichtes S. 113 d. Bd.) Die Anwendung des überhitzten Dampfes im Dampfmaschinenbetriebe. 2. Die Heissdampfmaschinen. Die empfindlichsten Teile der Dampfmaschine beim Betriebe mit Heissdampf sind die Steuerung, die Kolbenringe und die Stopfbüchsen. Textabbildung Bd. 312, S. 131 Zwillingsheissdampfmaschine von der Maschinenfabrik Christoph in Niesky. Nicht entlastete Schiebersteuerungen sind unbrauchbar, weil die unter hohem Flächendruck arbeitenden Gleitflächen nicht genügend in Oel gehalten werden könnten. Es kommen daher nur Ventile oder vollständig entlastete Kolbenschieber als Steuerungsorgane in Betracht. Schmidt hat bei seinen Heissdampfmaschinen sowohl Ventile, als auch besonders ausgebildete Kolbenschieber angewendet. Die zweite Schwierigkeit, die Erhaltung sauberer Gleitflächen zwischen Cylinder und Kolben, hat Schmidt dadurch gehoben, dass er den Kolben über die Lage der Kolbenringe hinaus nach hinten verlängerte. Hierdurch werden die Kolbenringe der direkten Einwirkung des hocherhitzten Dampfes entzogen. Schliesslich wandte Schmidt noch einfach wirkende Cylinder an, um Stopfbüchsen an der Kolbenstange überhaupt vermeiden zu können. In den Fig. 90 bis 93 ist eine liegende zweicylindrigeund einfach wirkende Heissdampfmaschine mit Auspuff von 350 mm Cylinderbohrung, 560 mm Hub und 150 Umdrehungen in der Minute nach der Ausführung der Maschinenfabrik von J. E. Christoph in Niesky dargestellt. Der überhitzte Dampf strömt bei a (Fig. 91) in die Maschine ein, b ist ein Absperrventil, c ein Thermometer. Die Dampf Verteilung erfolgt durch eine Kolbenschiebersteuerung nach dem D. R. P. Nr. 76675. Fig. 93 zeigt die Steuerung im Querschnitt. Der rechte Schieber dient zum Einlass, der linke zum Auslass. Der Dampf strömt in den mittleren Kanal d und gelangt von hier durch die muschelförmige Einbuchtung des Einlassschiebers je nach der Stellung desselben entweder in den oberen Cylinderkanal e1 (Fig. 93), der zum rechten Cylinder I führt, oder in den unteren Cylinderkanal e2, der mit dem linken Dampfcylinder II in Verbindung steht. Bei der rückläufigen Bewegung der Dampfkolben wird dann der Dampf durch die Cylinderkanäle e1 bezw. e2 zum Auslassschieber f geführt, durch dessen Hohlraum er dann zum Auslassrohr g (Fig. 91) entweicht. Der Einlassschieber ist ebenfalls als Hohlcylinder ausgebildet und so eingebaut, dass der Abdampf denselben innen umspült und demnach kühlt. Dass letzteres wirklich eintritt, lässt sich aus dem Umstände erkennen, dass der Auspuffdampf gewöhnlich noch um 50° überhitzt ist, während er im Dampfcylinder infolge der Expansion in der Regel in den Sättigungszustand eintritt. Die Ueberhitzung kann daher nur durch Wärmeaufnahme beim Passieren des Einlassschiebers erfolgt sein. Der Antrieb der Schieber erfolgt durch je einen im Abdampfraum liegenden Hebel, dessen Schwingungsachse durch eine Drehstopfbüchse nach aussen geführt ist, wo ein zweiter Hebel aufgekeilt ist, der von einem Exzenter in Schwingungen versetzt wird. Die Regulierung wird durch einen Achsenregulator bewirkt, der die Verstellung des Exzenters für den Einlassschieber veranlasst, während der Auslassschieber mit festen Perioden arbeitet. Die beiden Dampfkolben, welche auf zwei um 180° versetzte Kurbeln wirken, sind in der schon besprochenen Art ausgeführt. Aus den Fig. 91 und 92 ist die Verlängerung der Kolben nach hinten ersichtlich. Die Kolbenringe arbeiten auf diese Weise in einer Zone, die von dem hochüberhitzten. Dampf nicht direkt getroffen wird, und die auch bei jeder Umdrehung eine Kühlung durch die Atmosphäre erfährt. Textabbildung Bd. 312, S. 132 Fig. 93. Zwillingsheissdampfmaschine von der Maschinenfabrik Christoph in Niesky. Stopfbüchsen sind ganz vermieden, mit Ausnahme der beiden Drehstopfbüchsen für die Steuerung, die aber nur kleine Bewegungen vermitteln und im Abdampf liegen. Die besprochene Zwillingsmaschine leistet bei 150 Umdrehungen etwa 100 e und zwar bei einem Dampf verbrauch von etwa 7 kg pro i und Stunde, während sich der Kohlenverbrauch auf etwa 0,8 bis 1,1 kg stellt. Für eine Auspuffmaschine mit einmaliger Expansion darf dies als ein sehr günstiges Resultat bezeichnet werden. In den Fig. 94 und 95 ist noch eine liegende Verbundheissdampfmaschine mit Kondensation der Firma J. K Christoph in Niesky wiedergegeben. Die beiden nebeneinander liegenden Cylinder wirken auf Kurbeln, die um 90° versetzt sind. Der Hochdruckcylinder ist hier ebenfalls einfach wirkend und wird durch Ventile gesteuert. Der Niederdruckcylinder dagegen ist doppelt wirkend und besitzt Schiebersteuerung mit Trick'schem Zwischenkanal. Da die Niederdruckcylinder der Verbundmaschinen stets mit gesättigtem Dampf arbeiten, wenn nicht besondere Zwischenüberhitzung angewendet wird, so können sie auch doppelt wirkend ausgeführt werden und erfordern auch sonst keine besondere Behandlung. Als Beispiele von Heissdampfmaschinen mit einem doppelt wirkenden Niederdruckcylinder seien hier erwähnt: Die 100pferdige Verbundmaschine von Felix Schöller jr. in Burg Gretesch bei OsnabrückZeitschr. d. Ver. deutsch. Ingen., 1896 S. 1392 und 1393., welche zwei einfach wirkende Hochdruckcylinder besitzt, und die Verbundmaschine der Maschinenfabrik Gritzner, A.-G., in DurlachZeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1897 S. 1437. mit einem einfach wirkenden Hochdruckcylinder. Von wesentlich anderer Konstruktion ist die in den Fig. 96 bis 100 dargestellte Verbundheissdampfmaschine mit Kondensation der Ascher siebener Maschinenbau-A.-G. vorm. W. Schmidt und Co. Beide Cylinder sind einfach wirkend und arbeiten nach dem Tandem-System auf eine Kurbel. H ist der Hochdruckcylinder, N der Niederdruckcylinder. Der Aufnehmer (Receiver) wird durch den Rauminhalt der Ueberströmungskanäle und der vorderen Cylinderseite R gebildet und ist daher mit der Kolbenbewegung veränderlich. Die Dampfverteilung wird durch eine Ventilsteuerung bewirkt. Auf Grund dieser eigentümlichen Bauart ergibt sich folgende Wirkungsweise des Dampfes, die sich sehr gut an den aufgenommenen Indikatordiagrammen einer solchen Maschine (Fig. 101 bis 104) verfolgen lässt: Textabbildung Bd. 312, S. 132 Verbundheissdampfmaschine mit Kondensation von der Maschinenfabrik Christoph in Niesky. Erster Hub. Der Heissdampf tritt durch das Absperrventil a und das Einlassventil b des Hochdruckcylinders (Fig. 96 bis 100) in den letzteren ein und treibt den Kolben vorwärts. Es findet Füllung und Expansion statt. Kurz vor dem Hubwechsel wird durch Oeffnung des Auslassventils c die Vorausströmung eingeleitet, so dass sich die Spannung im Hochdruckcylinder mit der Aufnehmerspannung ausgleichen kann. Die Spannungsänderung während dieses Hubes wird durch die obere Linie des Hochdruckdiagramms (Fig. 101) wiedergegeben. Zweiter Hub. Der Kolben bewegt sich zurück und drückt seinen Vorderdampf durch das Ventil c in den Aufnehmer R. Das Einlassventil d für den Niederdruckcylinder N, der durch den ringförmigen Raum zwischen grossen und kleinen Kolben gebildet wird, bleibt bei diesem Hube geschlossen. Da sich das Dampfvolumen während dieses Vorganges vergrössert, muss die Spannung abnehmen. Kurz vor dem Hubwechsel wird das Auslassventil c im Hochdruckcylinder geschlossen, um Kompressionsdampf für den letzteren zurückzubehalten. Das Hochdruckdiagramm Fig. 101 zeigt daher in der unteren Dampf kurve von rechts nach links die fallende Expansionslinie für die Ueberströmung des Dampfes in den Aufnehmer und zuletzt die steigende Kompressionslinie für die Kompression im Hochdruckcylinder. Das Aufnehmerdiagramm Fig. 102 zeigt andererseits in der oberen Linie wiederum die dem Hochdruckdiagramm entsprechende gemeinsame Expansionskurve der Ueberströmung, nur in grösserem Kräftemassstabe, und dann am Hubende das kurze etwas schneller abfallende Kurvenstück, welches die etwas stärkere Expansion im Aufnehmer nach dem Abschluss des Hochdruckcylinders darstellt. Dritter Hub. Bewegt sich jetzt der Kolben wieder nach der Kurbel hin, so wird das Einlassventil d des Niederdruckcylinders geöffnet und der Dampf strömt vom Aufnehmer U nach dem Niederdruckcylinder N. Da sich hierbei das Gesamtvolumen etwas verkleinert, so muss die Spannung, wenn auch nur wenig, steigen. Ist der Niederdruckcylinder auf einer bestimmten Hubstrecke gefüllt, so schliesst sich das Ventil d und der eine Teil des Dampfes muss im Aufnehmer komprimiert werden, während der andere Teil im Niederdruckcylinder expandiert. Vor Erreichung des Totpunktes wird einerseits der Aufnehmer durch das Ventil b mit dem Hochdruckcylinder verbunden, wo die Vorausströmung beginnt, während andererseits der Niederdruckcylinder zum rechtzeitigen Druckausgleich durch das Auslassventil e mit dem Kondensator in Verbindung tritt. Das Aufnehmerdiagramm Fig. 102 und das Niederdruckdiagramm Fig. 103 geben die Spannungsänderungen wieder. Der erste Teil der unteren Linie in Fig. 102 und der entsprechende Teil der oberen Linie in Fig. 103 zeigen die ganz wenig ansteigende, fast gerade verlaufende Kompressionslinie, welche die Füllungsperiode des Niederdruckcylinders darstellt. Die Kompression ist nur eine geringe, weil das gesamte Volumen des konstanten und veränderlichen Aufnehmers im Verhältnis zu der Volumenverminderung sehr gross ist. An diese Linien der gemeinsamen Dampfwirkung schliessen sich einerseits im Aufnehmerdiagramm die Kompressionslinie, andererseits im Niederdruckdiagramm die Expansionslinie an, worauf in beiden Diagrammen die kurzen Kurvenstücke für die Druckausgleichungen folgen. Vierter Hub. Der zurückeilende Kolben drückt den Dampf aus dem Niederdruckcylinder in den Kondensator, bis sich das Ventil e für den Auslass schliesst und der zurückbehaltene Dampf entsprechend der unteren Linie in Fig. 103 komprimiert werden muss. Da das Aufnehmerdiagramm Fig. 102 eine positive Fläche liefert, so leistet der Aufnehmer eine bestimmte Arbeit. Die Maschine könnte daher auch als Dreicylindermaschine angesehen werden. Die Volumenverhältnisse der drei Cylinder ergeben sich aus den Längen der rankinisierten Diagramme Fig. 104. Der Aufnehmer, d.h. der variable Teil desselben, hat hiernach das grösste Volumen, ist aber in der Reihenfolge der drei Cylinder der zweite. Textabbildung Bd. 312, S. 133 Verbundheissdampfmaschine mit Kondensation von der Ascherslebener Maschinenbau-A.-G. vorm. Schmidt und Co. Die vorstehend beschriebene eigentümliche Wirkungsweise des Aufnehmers bedingt trotz der einfach wirkenden Cylinder einen sehr gleichmässigen Gang der Maschine, da bei jedem Hube eine bestimmte Ueberdruckarbeit geleistet wird, so dass die Maschine in Wirklichkeit doppelt wirkend ist. Ein weiterer Vorzug der in den Fig. 96 bis 100 dargestellten Maschine ist noch darin zu finden, dass einerseits der Niederdruckcylinder durch den Aufnehmerdampf geheizt wird, während dieser andererseits infolge des hohl ausgebildeten Tauchkolbens eine Kühlung der Kolbenringe des Hochdruckkolbens veranlasst. Die einzige vorhandene Stopfbüchse kommt nur mit dem Aufnehmerdampf in Berührung und kann infolgedessen zu Anständen nicht mehr Veranlassung bieten, als jede andere Stopfbüchse. Auch die Gefahr, dass Dampf durch die nicht ganz dicht schliessenden Kolbenringe des Hochdruckkolbens nach dem Niederdruckcylinder entweichen könnte, ist bei dieser Maschine nicht grösser als bei jeder anderen Zweicylindermaschine, weil die Druckdifferenz der beiden Cylinder niemals gleich dem ganzen Spannungsgefälle ist. Für den einen Hub herrscht die Druckdifferenz zwischen Kesseldampf und Aufnehmerdampf, für den anderen Hub diejenige zwischen Aufnehmerdampf und Kondensator. Wohl die grösste gegenwärtig im Betrieb befindliche Heissdampfanlage ist nach dem vorstehend beschriebenen System ausgeführt; es ist dies die Zwillings-Verbund-Heissdampfmaschine des Eisenhüttenwerkes Thale a. H.Seemann, Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1897 S. 1435.. Die beiden liegenden Tandem-Maschinen von der in den Fig. 96 bis 100 dargestellten Konstruktion arbeiten mit Kondensation und wirken auf zwei um 90° versetzte Kurbeln. Von der gemeinsamen Hauptwelle wird der Effekt durch Seiltransmission an das Blechwalzwerk überführt. Die Hochdruckcylinder haben 460 mm Durchmesser, die Niederdruckcylinder 950 mm; der gemeinsame Hub beträgt 1000 mm. Bei 12 kg Anfangsspannung und 80 Umdrehungen in der Minute leisten die Maschinen normal 500 . Die Dampftemperatur beträgt durchschnittlich 340°. Textabbildung Bd. 312, S. 134 Fig. 101. Textabbildung Bd. 312, S. 134 Fig. 102. Textabbildung Bd. 312, S. 134 Fig. 103. Textabbildung Bd. 312, S. 134 Fig. 104. Trotz der oft wechselnden Beanspruchung, die bis 750 ansteigt, haben sich die Maschinen in den abgelaufenen ersten beiden Betriebsjahren vollständig bewährt. Die Kesselanlage besteht aus zwei liegenden Heissdampfkesseln, ähnlich dem in Fig. 87 dargestellten. Die Heizfläche des Flammrohres (Wellrohr) beträgt 26 qm, diejenige des Mantels 23 qm. Der Ueberhitzer besitzt 37 qm Heizfläche und der Vorwärmer 45,5 qm. In der ersten Zeit des Betriebes versorgte nur einer der Kessel die beiden vollbelasteten Maschinen mit Dampf. Nach eingehenden Messungen, die von Geheimrat Prof. Lewicki-Dresden vorgenommen wurden, betrug der Dampf verbrauch der Anlage nur 4 kg pro i und Stunde. Es dürfte dies der geringste Dampfverbrauch sein, den bisher eine Dampfmaschine aufweisen konnte. Die Anwendung einfach wirkender Cylinder erschwert die Verbreitung der Heissdampfmaschinen für grosse Leistungen, da die Maschinen sehr umfangreich und teuer werden. Es sind daher Versuche ausgeführt worden, um festzustellen, ob auch doppelt wirkende Maschinen für die direkte Benutzung des Heissdampf es verwendet werden können. W. Schmidt benutzt bei doppelt wirkenden Maschinen die sogen. Füllungsüberhitzung. Das Prinzip derselben besteht darin, dass die Ueberhitzungstemperatur mit der Füllung veränderlich ist, indem grösseren Füllungen kleinere Ueberhitzungstemperaturen entsprechen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei sehr kleinen Füllungen bis 15 und 20 % die volle Ueberhitzung (350°) angewandt werden darf, wenn der Kolben entsprechend gebaut ist, d.h. wenn er nach beiden Seiten eine so bedeutende Verlängerung erhält, dass die Kolbenringe fast nur in der Sättigungszone bleiben. Die Sättigungszone ist um so grösser, je kleiner bei gegebener Anfangstemperatur die Füllung ist. Wird die Füllung vergrössert, so tritt der Sättigungszustand später ein. Soll nun die Forderung erfüllt werden, dass der Sättigungszustand bei allen Füllungen möglichst bei derselben Kolbenstellung eintritt, dann muss die Anfangstemperatur in einer ganz bestimmten Beziehung zur Grösse der Füllung stehen; jene muss abnehmen, wenn diese zunimmt. Die Aufgabe der Füllungsüberhitzung besteht demnach darin, den Grad der Ueberhitzung im Verhältnis zur Füllung so zu regeln, dass der Sättigungszustand nahezu in derselben Kolbenstellung erfolgt und die Kolbenringe infolgedessen fast nur in der Sättigungszone arbeiten. Die Regelung der Ueberhitzungstemperatur kann nun in sehr verschiedener Weise erfolgen. Die Ueberhitzung am Kessel wird immer möglichst in gleicher Höhe von 350 bis 380° gehalten. Bei eincylindrigen Auspuffmaschinen ist es denn am einfachsten, die Eintrittstemperatur dadurch herabzusetzen, dass man dem überhitzten Dampf gesättigten zumischt. Zu diesem Zwecke ist eine direkte Zuleitung vom Kessel vorhanden, die durch ein vom Regulator beherrschtes Ventil abgeschlossen wird. Solange die Füllung weniger als 20 % beträgt, wird nur überhitzter Dampf verwendet. Steigt die Füllung, so beginnt der sich herabsenkende Regulator das Ventil der Nassdampfleitung zu öffnen, so dass um so mehr Kühldampf zum Heissdampf tritt, je grösser die Füllung wird. Bei tiefster Lage des Regulators wird dann zur einen Hälfte mit Heissdampf, zur anderen mit gesättigtem Dampfe gearbeitet. Bei Verbundmaschinen verwendet man die überschüssige Wärme zur Ueberhitzung des Aufnehmerdampfes. In die Hauptdampfleitung ist eine vom Regulator beeinflusste Drosselklappe eingeschaltet. Bei kleinen Füllungen ist dieselbe ganz geöffnet, so dass der Dampf unmittelbar in den Hochdruckcylinder einströmt, bei grösseren Füllungen schliesst sie sich und zwingt den Dampf, ein Abzweigerohr zu passieren, welches zu einem Heizrohrsystem führt, das in den Aufnehmer eingebaut ist. Je grösser somit die Füllung ist, um so mehr muss der Dampf dieses Rohrsystem passieren und seine Ueberhitzungswärme an den Aufnehmerdampf abgeben, bevor er in den Hochdruckcylinder eintreten kann. Diese Ausführungsart besitzt demnach noch den Vorteil einer Zwischenüberhitzung. Wenn es gelingen sollte, mit Hilfe der Füllungsüberhitzung die bisher an einfach wirkenden Maschinen erzielten ökonomischen Vorteile auf die doppelt wirkenden Maschinen zu übertragen, so würde sich der Heissdampf auch sehr schnell in das Gebiet der Grossdampfmaschinen einführen. (Fortsetzung folgt.)