Hydraulische Kompressoren. Nach einem auf dem V. Internationalen Bergbaukongreß in Düsseldorf 1910 erstatteten Referat. Von Oberingenieur P. Bernstein, Köln. (Fortsetzung von S. 582 d. Bd.) Hydraulische Kompressoren. Hydraulischer Kompressor der Kgl. Berginspektion Grund bei Gittelde. Von den vielen, auf den einzelnen Schächten des Grunder Bezirks verteilten Wasserkräften mit verschiedenen Gefällhöhen wurde nach sorgfältigen Erhebungen die Gefällstufe zwischen Schulte-Stollen und Eichelnberger Graben als für die Ausnutzung im hydraulischen Kompressor vorteilhafteste befunden. Entscheidend für die Wahl dieser Gefällstufe von mittlerer Gefällhöhe war neben den günstigen örtlichen Verhältnissen die gestellte Bedingung der größtmöglichsten Ausnutzung der Wasserkraft. Textabbildung Bd. 325, S. 599 Fig. 19. Textabbildung Bd. 325, S. 599 Fig. 20. Textabbildung Bd. 325, S. 599 Fig. 21. Textabbildung Bd. 325, S. 599 Fig. 22. Diese Wasserkraft wurde früher zum Betriebe einer kleinen hydro-elektrischen Zentrale für die Erz-Aufbereitung benutzt. Das Aufschlagwasser, das früher durch die Rohrtour vom Obergrabenbassin des Schulte-Stollens zum Turbinen-Gebäude geführt wurde (siehe Lageplan Fig. 22) wurde durch Verlegung einer neuen, etwa 60 m langen gußeisernen Leitung zum doppeltrümmigen IV. Tiefen Georg-Licht-Schacht umgeleitet, woselbst der hydraulische Kompressor Aufstellung fand. Zur Abführung des Betriebswassers wurde etwa 24 m unter der Hängebank des IV. Tiefen Georg-Licht-Schachtes ein Stollen zum Eichelnberger Graben getrieben. Bei dem ziemlich flachen Verlauf des Geländes vom Obergraben bis zum Schachtmundloch wäre die Herstellung einer wagerechten Führung der Wasserzuflußleitung zum IV. Tiefen Georg-Licht-Schacht mit größeren Kosten verbunden gewesen. Die Zuflußleitung wurde daher als kommunizierende Röhre ausgebildet. Der fallende Teil der etwa 60 m langen Zuflußleitung von 400 mm ⌀ wurde dem Gelände entlang im Erdboden verlegt und mündet in einen in Beton hergestellten Schlammkasten, der mit Entlüftungsventil und Entleerungsvorrichtung versehen ist. An diesen wurde mittels Krümmers und Absperrschiebers der ansteigende Schenkel von etwa 12 m Länge und 400 mm ⌀ angeschlossen; der am oberen Teil angebrachte zweiarmige Krümmer führt das Aufschlagwasser zu dem Luftsauger. Zuflußleitung und Fallrohr sind in einem gemeinsamen Gerüst von etwa 14 m Höhe abgestützt (siehe Fig. 19 u. 20). Bei dem so hergestellten Gefälle von etwa 38 m von Mitte des obersten Anschlußkrümmers des Luftsaugers bis Mitte Abflußkrümmer am Abflußstollen und der vorgeschriebenen Pressung von 6 at ergab sich die Länge des Fallrohres zu etwa 98 m und die der Steigleitung zu etwa 60 m, wobei der Luftabscheider 60 m unterhalb des Abflußstollens aufgestellt wurde. Fig. 19–22 veranschaulichen die Gesamtanordnung der Anlage. Das Betriebswasser gelangt durch die Zuflußleitung zu dem Luftsauger des Kompressors, mittels dessen in bekannter Weise Luft angesaugt wird, die in dem Fallrohr aus spiral geschweißten Röhren von 300 mm ⌀ komprimiert wird. Bei den beschränkten Abmessungen der Schachtscheibe des Fahrschachtes war es erforderlich, eine Unterteilung des Luftabscheiders in zwei einzelne, entsprechend verbundene Luftabscheider von etwa 1000 mm ⌀ und 4000 mm Höhe vorzunehmen, sowie eine entsprechende Aussparung im Felsen zwecks Unterbringung derselben zu erstellen. Aus Fig. 19 und 20 ist das Gerüst, in welchem der Luftsauger unter gebracht ist, ersichtlich, das als Fördergerüst für Notförderung ausgebildet wurde. Die aus Fig. 23 ersichtliche Verschalung am oberen Teile des Gerüstes dient zum Schutze des Luftsaugers gegen Witterungseinflüsse. Der hydraulische Kompressor, der als Ersatz für die vorhandenen zwei Fig. 20 elektromotorisch angetriebenen Kompressoren bestimmt ist, ist seit März 1909 in ununterbrochenem Betrieb. Die mehrfach vorgenommenen Beobachtungen ergaben, daß der hydraulische Kompressor die vorhandenen Kompressoren von 13 cbm Leistung auch reichlich ersetzt. Der Vergleich wurde in der Weise durchgeführt, daß die vorhandene, in Felsen gesprengte Luftkammer abwechselnd mittels des hydraulischen und des maschinellen Kompressors aufgefüllt und festgestellt wurde, daß ersterer den Raum in kürzerer Zeit auffüllte und auf den erwünschten Kompressionsdruck brachte. Wegen der Unzugänglichkeit dieses Luftraumes und des weitverzweigten Luftnetzes konnten genaue Zahlen nicht gewonnen werden. Genauere Messungen der Luftleistung wurden nach Anbringung eines entsprechend großen, vom Luftnetz abtrennbaren Luftbehälters vom Verfasser gemeinsam mit Herrn Berginspektor Borghardt vorgenommen. Das Aufschlagwasser wurde im Eichelnberger Graben durch einen 1 m breiten Ueberfall ohne Seitenkontraktion geleitet und aus den Ueberfallhöhen nach der Hansenschen Formel die Wassermenge berechnet. Die Luftlieferung wurde mittels Auffüllung des großen Luftbehälters und eines abgesperrten Teiles der Leitung von insgesamt 40 cbm Inhalt aus der beobachteten Spannungszunahme des Manometers in gewissen Zeitabschnitten ermittelt. Hierbei ergab sich die Saugleistung zu 11,56 cbm i. d. Min., was bei einem theoretischen Kraftverbrauch von 5,78 PS für 1 cbm i. d. Min. einer Kompressorleistung von 66,7 PS entspricht. Das Arbeitsvermögen des Betriebswassers beträgt bei einem Nutzgefälle von 37,46 m, und einer Menge von 9,425 cbm i. d. Min. 77,4 PS. Hieraus ergibt sich der Gütegrad zu 86 v. H. der ideellen Wasserkraft. Textabbildung Bd. 325, S. 600 Fig. 23. Der Arbeitsverbrauch der bisher in Betrieb gewesenen Kompressoren betrug etwa 90 PS, am Elektromotor gemessen. Setzt man die Einzel-Wirkungsgrade: der Kraftübertragung zu 0,95, der Dynamomaschine zu 0,90, der Turbine nebst Druckleitung zu 0,75 bezw. den Gesamtwirkungsgrad zu 0,95 . 0,90 . 0,75 = 0,64, so ergibt sich der Bedarf der maschinellen Kompressoren zu 140 Wasserpferden, also nahezu der doppelte Betrag der für den hydraulischen Kompressor gleicher Leistung ermittelt wurde. Als Beispiel dafür, daß die Anbringung eines hydraulischen Kompressors auch in den Fällen mit Vorteilen verbunden ist, wo ein natürlicher Abfluß des Betriebswassers nicht gegeben ist, sondern dieses erst zurück- gehoben wird, möge der hydraulische Kompressor der Zeche Victor in Rauxel angeführt werden. Textabbildung Bd. 325, S. 600 Fig. 24. Textabbildung Bd. 325, S. 600 Fig. 25. Textabbildung Bd. 325, S. 600 Fig. 26. Infolge der Zentralisierung der Wasserhaltung auf einen einzelnen Betriebspunkt, von wo aus sämtliche zusitzenden Wasser der Grube mittels elektrisch angetriebenen Zentrifugalpumpen bewältigt werden, ist der Zufluß der 82 m über Tiefbausohle liegenden Sohle im IV. Schacht (Grenzquerschlag bei Mengede) zur Ausnutzung verfügbar geworden. Der Zufluß beträgt durchschnittlich 4–5 cbm i. d. Min., was bei der Gefällhöhe von 82 m einer theoretischen Wasserkraft von 73–91 PS entspricht. Von den in Erwägung gezogenen Ausnutzungsarten für die Rückgewinnung der verlustig gehenden Energie des verfüllten Sohlenzuflusses wurde der hydraulische Kompressor gewählt, weil bei diesem laufende Wartungs- und Betriebskosten nicht entstehen. Die Gesamtanordnung der Anlage ist in den Fig. 24, 25 und 26 dargestellt. Das schmiedeeiserne Fallrohr von 259 mm äußerem Durchmesser erhielt eine Länge von etwa 140 m, entsprechend der verfügbaren Gefällhöhe von 82 m und der erwünschten Luftpressung von 6 at Ueberdruck. Die Normalleistung des Kompressors beträgt bei 240 cbm Wasserverbrauch i. d. Std. 600–650 cbm angesaugte Luft bei 6 at Betriebsdruck. Um auch bei auf 3 cbm/Min. verringerter Wassermenge eine gute Ausnutzung zu sichern, wurde der in Fig. 27 veranschaulichte Sauger gewählt, bei dem das Aufschlagwasser in einzelne, von außen und innen saugende, ringförmige Wasserstrahlen unterteilt wird. Durch Absperrung eines der beiden Schieber kann mit der Hälfte der normalen Wassermenge gearbeitet werden, ohne an Nutzwirkung Einbuße zu erleiden. Die Erfahrungen an den ausgeführten Anlagen haben gezeigt, daß der hydraulische Kompressor wegen seiner einfachen Bauart einer laufenden Bedienung und Wartung nicht bedarf. Daß die Wasser-Druckluft staub- und ölfrei ist, mithin jede Explosionsgefahr ausgeschlossen ist, bedarf nicht erst der Erwähnung, daß sie weniger feucht als die in mechanischen Kompressoren erzeugte Druckluft sein muß und tatsächlich ist, findet darin seine Erklärung, daß der in der angesaugten Luft etwa enthaltene Wasserdampf während der Kompression bei gleichbleibender Temperatur kondensiert. 1 cbm Preßluft enthält also nicht mehr Feuchtigkeit als 1 cbm angesaugte Luft, während die im mechanischen Kompressor unter Wärmeentwicklung verdichtete Luft höhere Temperatur hat und daher mehr Feuchtigkeit aufweist. Eine Kompressoranlage, bestehend aus Kolbenkompressor und Turbine oder aus elektro-motorisch angetriebenem Kolbenkompressor würde in jedem der erwähnten Fälle einen wesentlich geringeren Gesamt-Wirkungsgrad ergeben, bezw. eine größere Wasserkraft für die gleiche Kompressionsleistung erfordern. So stellt sich im Vergleich zu dem am hydraulischen Kompressor in Clausthal ermittelten Kraftbedarf von nur 705 PS bei 10 cbm minutlicher Saugleistung und 5,1 at Ueberdruck = 54 PS indiz. Kompressorleistung der bezügliche Kraftbedarf bei Tabelle 5. Vergleich der Erzeugungskosten für je 1000 cbm angesaugte Luft bei Wasserkraft-Betrieb unter Zugrundelegung der Wasserverhältnisse im Oberharz. Kompressorleistung 600 cbm i. d. Stunde. Luftpressung 5 – 6 at. Jahreserzeugung 3600000 cbm Luft bei 6000 Betriebsstunden. Textabbildung Bd. 325, S. 601 1. Elektrokompressor, gespeist vom Kraftnetz der hydroelektrischen Zentrale; II. Direkt von Turbine angetriebener Kolbenkompressor; III. Hydraulischer Kompressor; Anlagekosten:; Elektrokompressor von 10 cbm/Min. nebst selbsttätiger Regulierung; Elektromotor von 70 PS mit Zubehör, Anlasser, Verbindungsleitungen nebst Vorgelege; Herstellung der Maschinenkammer, Fundamente und Montage; zusammen; Verzinsung und Abschreibung:; Verzinsung von 1–3 mit 5 v. H.; Abschreibung von 1–2 mit 10 v. H.; Abschreibung von 3 mit 3 v. H. rd.; Reine Betriebskosten:; Wartungskosten bei Tag- und Nachtbetrieb; Kosten für Schmierung; Reparatur und Putzmaterial; Stromkosten:; Stromkosten für 54,5 KW und 6000 Betriebsstunden bei einem Strompreis von 2,0 Pf. für 1 KW/Std. in der Primärzentrale; Jährliche Betriebskosten:; Summe b, c und d; Lufterzeugungskosten; für 1000 cbm angesaugte Luft; Kraftbedarf an der Verteilungs- Schalttafel in der Primärzentrale:; Riemenkompressor von 10 cbm/Min. nebst selbsttätiger Regulierung; Peltonrad mit Regulator, Rohrleitung nebst Vorgelege oder Riemen; Hydraulischer Kompressor von 10 cbm/Min. bei etwa 100 m Gefällhöhe betriebsfähig montiert; Kosten für das Ein- und Abstellen während der Schichtablösung (reichlich gerechnet); Kosten für zeitweise Befahrung der Leitung und etwaige Reparaturen. 1. Elektro-Kompressor gespeist vom Kraftnetz der hydro-elektrischen Zentrale zu \frac{54,0}{\eta_d\,.\,\eta_m\,.\,\eta_1\,.\,\eta_g\,.\,\eta_t}=\frac{54,0}{0,85\,.\,0,90\,.\,0,95\,.\,0,90\,.\,0,85}=110\mbox{ PS Wasserpferde}, wenn die Einzel-Wirkungsgrade bezeichnet sind mit: ηd = des Kolbenkompressors nebst Uebertragung, ηt = der Turbine, ηm = des Elektro-Motors, ηl = der elektrischen Kraftübertragung, ηg = des elektrischen Generators. 2. direkt von Turbinen angetriebenem Kompressor zu \frac{54,0}{\eta_t\,.\,\eta_d}=\frac{54,0}{0,75\,.\,0,85}=84,5\mbox{ PS Wasserpferde}. Hierbei ist ein zweistufiger Kolbenkompressor, mit Mantel und Zwischenkühlung versehen, zu Grunde gelegt und zu Gunsten des letzteren angenommen, daß die durch Anwendung der Zwischenkühlung erzielbare Ersparnis gegenüber der einstufigen Kompression noch ausreicht, um die Widerstände und Verluste in den Saug- und Druckorganen sowie dem Zwischenkühler einzubringen und daß der Kompressionsvorgang von der Mantelkühlung soweit beeinflußt wird, daß eine wesentliche Erwärmung der Ansaugluft nicht eintritt. Der wirkliche indizierte Arbeitsverbrauch des zweistufigen Kompressors käme demnach dem theoretischen Arbeitsverbrauch der einstufigen adiabatischen Kompression gleich. Um ein Bild von der Wirtschaftlichkeit des hydraulichen Kompressors zu geben, sind in Tabelle 5 an Hand der Ergebnisse am Kompressor in Clausthal die Lufterzeugungskosten bei den in Frage kommenden Betriebsarten annäherungsweise berechnet und miteinander verglichen. Textabbildung Bd. 325, S. 602 Fig. 27. (Schluß folgt.)