Die Anwendung des überhitzten Dampfes im Dampfmaschinenbetriebe. Von O. Herre, Ingenieur und Lehrer. (Schluss des Berichtes S. 131 d. Bd.) Die Anwendung des überhitzten Dampfes im Dampfmaschinenbetriebe. 3. Versuchsresultate. Die an Schmidt'schen Heissdampfanlagen unter den mannigfachsten Verhältnissen ausgeführten Versuche sind bereits sehr zahlreich. Zunächst sei hier dem Berichte des Direktors Gyssling vom Bayerischen Dampfkessel-Revisionsverein über die an einer 90pferdigen Heissdampfanlage im Eiswerke Nürnberg der Gesellschaft für Linde's Eismaschinen angestellten Garantieversuche das folgende entnommenZeitschrift des Bayerischen Dampfkessel-Revisionsvereins, 1897 Nr. 11 und 12.. Die betreffende Kesselanlage ist bereits in Fig. 86 dargestellt und dort eingehend beschrieben worden. Sie besteht aus zwei stehenden Heizdampfkesseln von je 7 qm Heizfläche und 25 qm Ueberhitzerfläche, sowie je einer Einrichtung zur Vorwärmung des Speisewassers nach dem vorher besprochenen D. R. P. Nr. 89662. Von jedem Hauptüberhitzer führt ein 3,3 m langes, 64 mm im Lichten weites Dampfrohr zu der 4,7 m langen und 110 mm im Lichten weiten Hauptdampfleitung, welche ihrerseits unter Einschaltung eines Absperrventils an den freien Deckel des Hochdruckcylinders der Dampfmaschine zentral angeschlossen ist. Rohrleitungen, sowie Kessel und Ueberhitzer sind gut mit Kieselgurmasse umhüllt. Die Maschine ist eine liegende Verbund-Tandem-Maschine von einer Bauart, die in den Fig. 96 bis 100 bereits wiedergegeben wurde, nur ist die Steuerung abweichend ausgeführt. Der Hochdruckcylinder hat die bekannte, hier für einen Cylinder entsprechend abgeänderte Kolbenschiebersteuerung Fig. 93, während der Niederdruckcylinder von einem Corliss-Schieber mit Trick-Kanal gesteuert wird. Die Cylinderdurchmesser der warmen Maschine sind 36,03 bezw. 75,1 cm, der Kolbenstangendurchmesser 8 cm, der Hub 80 cm. Demnach berechnen sich die nutzbaren Kolbenflächen zu 1019,54 qcm für den Hochdruckcylinder, 4379,38 qcm für den Aufnehmer und 3410,11 qcm für den Niederdruckcylinder. Das Volumenverhältnis ist 1 : 3,34. Die mittlere Kolbengeschwindigkeit beträgt bei den normalen 81 Umdrehungen 2,16 m. Der Hauptzweck der Versuche war die Ermittelung des Dampf- und Kohlenverbrauches der Maschine bei ihrer normalen indizierten Leistung von 100 bis 110 ff und einer Dampftemperatur von 330 bis 360° vor der Maschine. Als höchster Dampfverbrauch waren 4,8 kg garantiert. Es wurden drei Versuche von je 8 Stunden am 11., 12. und 13. November ausgeführt. Auf Wunsch der Lieferungsfirma W. Schmidt und Co. – jetzt Ascherslebener Maschinenbau-A.-G. – fanden dann noch am 14. November zwei je 4stündige Versuche bei erhöhter Belastung von etwa 120 bis 125 i statt. Die Messung der Heissdampftemperatur erfolgt unmittelbar am Absperrventil jedes Ueberhitzers mittels eines in ein Oelbad getauchten, bis 550° geteilten Niehls'schen Stabthermometers mit Kohlensäurefüllung. Ein gleiches Instrument war auf dieselbe Weise hinter dem Dampfeinlassventil des Hochdruckcylinders eingeschaltet. Die zur Feuerungsuntersuchung dienenden Röhren und Quecksilber-Pyrometer waren für beide Kessel gemeinsam in den Schornsteinfuss eingeführt. Die verwendete Ruhrkohle war am 11. und 14. November die magere „General Nuss I“; am 12. und 13. November die fette „Syndikat Nuss II“. Der von der Grossh. Badischen Chemisch-Technischen Prüfungs- und Versuchsanstalt Karlsruhe nach der chemischen und kalorimetrischen Methode bestimmte Heizwert betrug 7611 bezw. 7652 W.-E. Jeder Versuch begann etwa 2½ Stunden nach dem Anlassen der Maschine. Alle regelmässigen Ablesungen u.s.w. geschahen ¼stündlich, mit Ausnahme derjenigen der Dampftemperaturen an den Ueberhitzern, welche an den beiden ersten Tagen alle 5 Minuten notiert wurden. Textabbildung Bd. 312, S. 148 Fig. 105. Graphische Darstellung der Temperaturen und Dampfspannungen beim Versuch an der Heissdampfanlage Eiswerk Nürnberg der Gesellschaft für Linde's Eismaschinen am 11. November 1896. Die Einhaltung eines gleichmässigen Ueberhitzungsgrades von der gewünschten, dabei für beide Ueberhitzer gleichzeitig thunlichst gleichen Höhe bereitete anfangs infolge des etwas grossen Querschnittes des Anfeuchtungs- und Regulierventils o (Fig. 86) und der mangelnden Einübung des betreffenden Personals ziemliche Schwierigkeiten. Vom letzten Drittel des ersten Hauptversuches ab besserten sich jedoch diese Verhältnisse zusehends, wie die auf diesen Versuch bezügliche graphische Darstellung der Temperaturen Fig. 105 es ausweist. Beim zweiten Hauptversuche konnten stärkere Schwankungen im Ueberhitzungsgrade schon vollständig vermieden werden. Möglicherweise hatte an der fortlaufenden Verbesserung dieser Verhältnisse auch die wachsende Belegung der Ueberhitzerspiralen mit Russ einigen Anteil, indem dieselbe die Temperaturunterschiede teilweise ausglich. Kohlen- und Herdrückstandsproben wurden nur während der ersten beiden Versuche entnommen, ebenso fand nur während dieser die Feuerungsuntersuchung und die Bestimmung der Dampftemperaturen am Hauptüberhitzer statt. Tabelle XIX enthält die Hauptergebnisse der Versuche. Mit Bezug auf den zweiten Versuch am 12. November muss bemerkt werden, dass ein kleiner Fehler in der Bestimmung der Speisewassermenge vorhanden ist, indem der Heizer nach Ablauf des Versuches, während man eben den Sammelbehälter auf das ursprüngliche Niveau auffüllte, die Speisepumpe unbefugterweise kurze Zeit in Thätigkeit setzte. Gross ist dieser Fehler jedoch nicht, was auch aus der guten Uebereinstimmung der beiden ersten Versuche hervorgeht. Der vertragsmässig garantierte Dampf verbrauch von 4,8 kg ist bei allen Versuchen bedeutend unterschritten worden. Am 13. November sank derselbe sogar bis auf 4,25 kg, welcher Wert bisher wohl nur in einem einzigen Falle erreicht bezw. noch weiter unterschritten wurde, nämlich bei der schon erwähnten allerdings viel grösseren Heissdampfanlage (500 bis 750 ) des Eisenhüttenwerkes Thale a. H., wo ein Dampfverbrauch von 4 kg pro i und Stunde konstatiert wurde. Die Füllung des Hochdruckcylinders betrug 25,6 % und die minutliche Umdrehungszahl 81,67. Das bessere Ergebnis des dritten Versuches gegenüber den beiden vorhergehenden (4,54 bezw. 4,47 kg Dampfverbrauch) erklärt sich nicht nur aus der etwas höheren Dampfspannung und Ueberhitzung, sondern auch aus der grösseren Gleichmässigkeit dieser beiden Faktoren und der etwas grösseren und günstigeren Leistung (108,1 gegenüber 105 ). Die weitere Steigerung der Leistung am 14. November auf 119,6 bezw. 126,3 brachte dagegen trotz höherer Anfangsspannung und Ueberhitzung wieder eine Zunahme des Dampfverbrauches auf 4,37 bezw. 4,51 kg; hieraus ist zu schliessen, dass unter den Verhältnissen der Anlage der günstigste Dampfverbrauch der Maschine bei einer indizierten Leistung von etwa 108 bis 115 eintritt. Im Vergleich zu einer mit gesättigtem Dampf arbeitenden Kondensationsmaschine ist der erzielte Dampfverbrauch etwa nur ½mal so gross. Die Kohlenersparnis ist allerdings etwas geringer und dürfte auf etwa 25 % zu veranschlagen sein. Sie hätte jedoch grösser sein können, wenn der Kessel Wirkungsgrad ein besserer gewesen wäre. Derselbe beträgt hier nur 0,619 bis 0,637, während bei anderen Anlagen ähnlicher Konstruktion Wirkungsgrade bis 0,788 erzielt wurdenTabelle XVIII.. Die Erklärung dürfte in dem bedeutenden Schornsteinverlust (26,1 % am 11. November) und dem viel zu grossen Luftüberschuss der Heizgase zu finden sein. Die Temperatur der Abgase betrug durchschnittlich 290°, während sie in anderen Fällen bei anderer Ausführung des Vorwärmers bis auf 180° sankTabelle XVII.. Der Einfluss der Einrichtung des Speisewasservorwärmers auf den Wirkungsgrad des Kessels ist schon früher erörtert worden, doch ist auch die Art der verwendeten Kohle von grosser Bedeutung, wie eingehende Versuche dargethan habenGutermuth, Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1896 S. 1417.. Bei dem kurzen Nutzwege der Heizgase an stehenden Kesseln wird im allgemeinen eine kurzflammige Kohle besser sein als eine langflammige. Die Auswahl der Kohlensorte erfordert daher bei den stehenden Kesseln noch viel mehr Sorgfalt als bei anderen Kesselsystemen. Der Luftüberschuss rührte von Undichtigkeiten in der Ummantelung des Ueberhitzers her und wird sich daher vermindern lassen. Der Temperaturverlust in der Dampfleitung zwischen Ueberhitzern und Maschine betrug im Mittel 28,9°, das sind 2,56° auf den Meter Rohrlänge bezw. 8,6° auf den Quadratmeter der äusseren Rohrfläche. Wie die in den Fig. 101 bis 104 dargestellten und schon eingehend besprochenen Original- und zusammengelegten Diagramme ersehen lassen, waren irgend welche wesentlichen Mängel in der Dampf Verteilung nicht vorhanden, was ja auch schon aus dem geringen Dampfverbrauche der Maschine geschlossen werden konnte. Zur Schmierung der Cylinder diente Ia Cylinderöl zu 82 M. pro 100 kg loco Nürnberg; dasselbe hat nach einer in Karlsruhe untersuchten Probe den Verdampfungspunkt bei 300° und den Entzündungspunkt bei 342°. Der Verbrauch von demselben wie von Maschinenöl war sehr mässig; er betrug während des Versuches am 12. November 4,27 kg Cylinderöl und 3 kg Maschinenöl; am 13. November 3,4 kg bezw. 2 kg. Tabelle XIX. Textabbildung Bd. 312, S. 149 Garantieversuche mit Normalbelastung; Erhöhte Belastung; 1. Datum der Versuche; Summe bezw. Mittel; Vorm.; Nachm.; Dauer; Std.; Brennstoff; Ruhrkohle General Nuss I; Ruhrkohle Syndikat II; Verheizt im ganzen; In der Stunde auf 1 qm Rostbrennfläche; Speisewasser verdampft im ganzen; In der Stunde auf 1 qm Kesselheizfläche; Temperatur; Dampfspannung im Kessel; Derselben entsprechende Sättigungstemperatur; Dampftemperatur beim Austritt a. d. Ueberhitzer; Heizgase: Kohlensäuregehalt am Ueberhitzerende; Temperatur am Ueberhitzerende; 1 kg Kohle verdampfte Wasser brutto; Bezogen auf Dampf von 100° aus Wasser von 0°; Wärmebilanz; Nutzbar gemacht zur Dampfbildung; Ueberhitzung; Zusammen; Verloren durch freie Wärme der Kamingase; Unverbranntes in den Herdrückständen; Strahlung, Leitung, Russ, unverbrannte Gase u.s.w. (Rest); Summe = Heizwert der Kohle; Anfangsspannung im (Hochdruck-)Cylinder; Spannungsverlust zwischen Kessel und Maschine; Dampftemperatur vor dem Einlassventil; Temperaturverlust zwischen Kessel und Maschine; Wirkliche mittlere Füllung im (Hochdruck-)Cylinder; Gesamtexpansion; fach; Umdrehungszahl in der Minute; Vakuum im (Niederdruck-)Cylinder nach den Diagrammen; Indizierte Leistung; Speisewasserverbrauch pro Stunde; Kohlenverbrauch pro Stunde; Nicht ganz zuverlässig Summe bezw. Mittelwert nur vom 11. und 13. November. Schliesslich sei noch hervorgehoben, dass die Maschine die Dauerleistungen ohne jeden Anstand ertrug. Im grossen und ganzen darf die Anlage nicht nur als gelungen, sondern auch als ein besonders deutlich sprechender Beweis für die Wirtschaftlichkeit der Anwendung hoch überhitzten Dampfes angesehen werden. In Tabelle XX sind die wichtigsten Daten der bis jetzt an Schmidt'schen Heissdampfanlagen hauptsächlich ausgeführten Versuche zusammengestellt. Als Grundlage diente dabei die Zusammenstellung von Prof. GutermuthZeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1898 S. 146 und 147., die hier in entsprechender Weise durch weitere acht Versuche ergänzt worden ist. Die Versuche beziehen sich auf die verschiedensten Ausführungsarten der Heissdampfanlagen und lassen den erheblichen Nutzen der Ueberhitzung bei allen Maschinengrössen deutlich erkennen. Bei Kleindampfanlagen von etwa 3 bis 4 e reduziert sich der Kohlenverbrauch auf weniger als 2 kg pro e und Stunde, während er bei ähnlichen Maschinen, die mit gesättigtem Dampfe arbeiten, bis auf den doppelten Wert und darüber steigt. Bei Anlagen mit Kondensation von etwa 40 ermässigt sich der Kohlenverbrauch bereits auf 1 kg pro e und Stunde, während er bei noch etwas grösseren Anlagen sogar bis auf 0,7 kg sinkt. Dem gegenüber ist der Kohlenverbrauch bei Maschinen mit gesättigtem Dampf unter sonst gleichen Verhältnissen stets erheblich grösser. Das Gleiche trifft beim Dampfverbrauch zu, wo sich meistens noch grössere Differenzen zu Gunsten der Ueberhitzung ergeben. Allerdings bieten die Dampfverbrauchszahlen an sich allein nicht den richtigen Massstab für die Beurteilung der besseren Oekonomie des Betriebes, da die Wertigkeit des überhitzten und des gesättigten Dampfes eine verschiedene ist. Ueberblickt man die bedeutenden Erfolge, die bisher durch die Anwendung des überhitzten Dampfes im Dampfmaschinenbetriebe erzielt wurden, und vergegenwärtigt man sich das rasch wachsende Interesse, mit dem jetzt an der Vervollkommnung des Dampfbetriebes nach dieser Richtung hin gearbeitet wird, so erkennt man, dass eine bedeutsame Umwälzung für die nächsten Jahrzehnte bevorsteht, bis schliesslich der überhitzte Dampf überall, wenn auch in verschiedener, dem jeweiligen Bedürfnis angepasster Form, zur Herrschaft gelangt sein wird. Diese Umwälzung wird sowohl den Dampfmaschinenbau wie den Kesselbau betreffen. Die Zahl namhafter Firmen des Kesselbaues, die sich Ueberhitzersysteme patentieren lassen, ist stetig im Wachsen begriffen. Vorzugsweise sind es Röhrenkesselfabriken, die der Ueberhitzung ihre besondere Aufmerksamkeit zuwenden. Thatsächlich ist die Dampfüberhitzung auch das einzige Mittel, den gegenüber Wasserrohrkesseln fast allgemein ausgesprochenen Vorwurf der Erzeugung nassen Dampfes vollständig gegenstandslos zu machen. Hohe Dampfspannungen und die Erzielung möglichst hoher und gleichmässiger Ueberhitzung bei zweckmässigster Ausnutzung des Brennstoffes werden voraussichtlich die Grundprinzipien des zukünftigen Kesselbaues werden. Erfreulich ist es, dass die trägen Vorurteile, die pich auf Grund der ersten mit überhitztem Dampf angestellten und misslungenen Versuche bildeten, allmählich zu weichen Tabelle XX. Versuche mit Schmidt'schen Heissdampfmotoren. Textabbildung Bd. 312, S. 150 Nr. des Versuches; Maschinensystem; Leistung; Dampfspannung; Temperatur des Dampfes; Dampfverbrauch; Kohlenverbrauch; Quelle; Bemerkungen; gesättigt; überhitzt am Kessel; an der Maschine; Liegende einfach wirkende Zwillingsmaschine mit Auspuff; Mitt. aus der Praxis des Dampfk.- und Dampfmasch.-Betr.; Die Maschine entspricht den Fig. 90 bis 93; Liegende Tandem-Verbundmaschine mit Kondensation; Zeitschrift des Bayerischen Dampfkessel-Revisionsvereines; Vgl. Tabelle XIX und den Bericht; Verbundmaschine Hochdruckcylinder liegend Niederdruckcylinder stehend; Aufnehmerdampf nochmals überhitzt; Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure, 28. Nov. 1896; Niederdrückender geheizt; nicht geheizt; Verbundmaschine wie zuvor; Stehende Tandem-Verbundmaschine mit Kondensation; Verbundmaschine Hochdruckcylinder stehend; Gritzner in Durlach; Niederdruckcylinder liegend, Ventilsteuerung; Liegende doppelt wirkende Eincylindermaschine; Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure; Liegende Verbundmaschine; Zwei einfach wirkende Cylinder; Gritzner, Elektr. Ausst. Karlsruhe; Stehende Maschine mit zwei einfach wirkenden Cylindern; Zeitschr. des Verbandes der Dampfk.-Ueberwachungsvereine; Auspuffmaschine; Mitt. aus der Praxis des Dampfk.- und Dampfmasch.-Betr.; Liegende Verbundmaschine; Liegende Eincylindermaschine; Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure; ohne Ueberh.; Bericht von Prof. Wm. Ripper in Sheffield; vgl. Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure; 17pferdiger Schmidt-Motor; Stehender Schnellläufer; Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing.; Einfach wirkende Eincylindermaschine; Zeitschr. des Verbandes der Dampfk.-Ueberwachungsvereine beginnen. Die unbefangene kritisch wissenschaftliche Untersuchung aber braucht der überhitzte Dampf nicht zu fürchten; diese ist es vielmehr, die ihn zur allgemeinen Herrschaft bringen wird.