Titel: Die Dampfmaschinen der Pariser Weltausstellung.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1901, Band 316 (S. 73–81)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj316/ar316015

Die Dampfmaschinen der Pariser Weltausstellung.

Von Fr. Freytag, Chemnitz.

(Fortsetzung von S. 57 d. Bd.)

Die vom Werke Augsburg der Vereinigten Maschinenfabrik Augsburg und Maschinenbaugesellschaft Nürnberg, A.-G., ausgestellte liegende Dreifach-Expansionsmaschine mit zwei Niederdruckcylindern ist mit einem Wechselstrom-Drehstromgenerator der Firma Helios, Elektrizitäts-Aktiengesellschaft in Köln-Ehrenfeld direkt gekuppelt.

Die Hauptabmessungen der Dampfmaschine sind folgende:

Durchmesser des Hochdruckcylinders 700 mm
„ „ Mitteldruckcylinders 1150
„ jedes Niederdruckcylinders 1100
Gemeinsamer Kolbenhub 1600
Minutliche Umdrehungszahl 72
Admissionsüberdruck 12 at
Füllung im Hochdruckcylinder etwa 25 %
Normalleistung 1600 PSe
Höchstleistung 2000

An die als Bajonettbalken ausgebildeten, mit dem zugehörigen Kurbellager aus einem Stück gegossenen Geradführungen – im Gewichte von je 16000 kg – schliessen sich, wie Fig. 35 bis 38 erkennen lassen, die beiden Niederdruckcylinder unmittelbar an; dieselben sind andererseits durch je ein geräumiges Zwischenstück mit dem Hochdruck- bezw. Mitteldruckcylinder verbunden.

Durch Anordnung von zwei Niederdruckcylindern an Stelle eines einzigen werden in erster Linie relativ hohe Kolbengeschwindigkeiten und Tourenzahlen zulässig, was insbesondere für elektrische Betriebe sehr erwünscht ist. Als weitere Vorteile, welche sich hieraus ergeben, sind das günstigere Verhältnis zwischen dem Durchmesser und der Länge dieser Cylinder und damit zusammenhängend kleinere schädliche Räume und grössere Dampfökonomie, ferner gleichmässigere Verteilung des Dampfdruckes und zweckmässige Verteilung der Kondensation auf beide Maschinenseiten, deren jede eine Luftpumpe mit Kondensator erhält, anzuführen. Für die Niederdruckcylinder fallen überdies Kolben- und Steuerungsorgane im Verhältnis zur Maschinenleistung klein aus, wodurch besseres Dichthalten gewährleistet ist.

Maschinen gleicher Bauart werden seit dem Jahre 1894 vom Werke Augsburg gebaut, und es sind bis jetzt 13 derselben mit einer Gesamtleistung von 15120 bis 18910 PSe geliefert worden.

Die Schalen der Kurbellager sind vierteilig und nachstellbar eingerichtet. Zur Schmierung der Kurbellager ist auf deren Deckel je ein Oeltopf mit Filtereinrichtung und einstellbarer, sichtbarer Tropfschmiervorrichtung angeordnet. Das von den Lagern abfliessende Oel wird durch je eine von der Steuerwelle angetriebene Oelpumpe wieder in den Topf zurückgefördert.

Die Kurbelwelle, im Gewichte von 10000 kg, ist aus Krupp'schem. Tiegelgussstahl gefertigt und ihrer ganzen Länge nach durchbohrt. Die mit Gegengewichten versehenen schweisseisernen Kurbeln sind warm aufgezogen; jede derselben wiegt mit zugehörigem Zapfen 3750 kg.

Kurbel- und Kreuzkopfzapfen, sowie die meisten kleineren Zapfen sind aus Flusseisen und an ihren Laufflächen glashart hergestellt.

Die Schmierung der Kurbelzapfen und der Luftpumpenantriebszapfen erfolgt getrennt mittels Zentralschmiervorrichtungen, wodurch das Nachfüllen der mit sichtbarer Tropf Vorrichtung versehenen Oelgefässe während des Ganges ermöglicht ist. Die Einrichtung für Schmierung des Kreuzkopfzapfens ist ebenfalls so getroffen, dass die Oelgefässe während des Betriebes nachgefüllt werden können. Die aus bestem Stahl gefertigten Treibstangen sind ebenso wie die Kurbelwelle ihrer ganzen Länge nach durchbohrt, um die von den Massenbeschleunigungskräften herrührenden Biegungsbeanspruchungen thunlichst zu vermindern. Das von den Kurbeln und Treibstangen abspritzende Oel wird durch Oelfänge aus oxydiertem Stahlblech aufgefangen, in gusseisernen, im Fundamente eingebetteten Oelschiffen gesammelt, und von hier durch Rohre in einen im Fundamente aufgestellten Sammeltopf geleitet. Das aus vier Teilen vom Werke Augsburg hergestellte, gleichzeitig als Schwungrad dienende Magnetrad mit 12 Doppelarmen hat einen äusseren Kranzdurchmesser von 7490 mm.

Mit Rücksicht auf die bedeutenden Zentrifugal- und magnetischen Kräfte, welche bei der hohen Umfangsgeschwindigkeit des Rades und der Höchstleistung der Maschine zur Wirkung kommen, sind die beiden Seiten des Rades mit Blechschilden armiert. Dieselben sind so aufgezogen, dass sie sich behufs Entlastung der Arme von vornherein in gespanntem Zustande befinden. Eine Seite des Radkranzes ist mit einem Zahnkranz versehen, in welchem sowohl ein Dampf- als auch ein Handschaltwerk in Eingriff gebracht werden kann.

Die Cylinder, sowie auch der zwischen Hochdruck- und Mitteldruckcylinder liegende erste Aufnehmer sind mit Dampfmantel versehen. Hochdruck- und Niederdruckcylinder werden durch Arbeitsdampf, der Mitteldruckcylinder, sowie der erste Aufnehmer durch Frischdampf geheizt. Das in den Mänteln sich bildende Kondenswasser wird durch selbstthätige Wasserabscheider abgeführt. Sämtliche Cylinderdeckel sind ebenfalls gemantelt.

Jeder Cylinder besitzt Sicherheitsventile und Ablasshähne; letztere sind miteinander gekuppelt und können durch einen Griff geöffnet bezw. geschlossen werden.

Das Schmiermaterial wird direkt in die Cylinder gefördert und zwar bei dem Hochdruck- und Mitteldruckcylinder durch eigene Oelpumpen.

Die Dampfkolben sind als gusseiserne Hohlkörper hergestellt und mit eingesprengten Dichtungsringen aus Gusseisen versehen.

Die Abdichtung der Kolbenstangen geschieht mittels Metallpackungen, von denen diejenigen des Hochdruck- und Mitteldruckcylinders durch eigene Oelpumpen geschmiert werden. Um ein Schiefziehen der Stopfbüchsen zu verhindern, sind die Schraubenmuttern gezahnt und unter sich mit einem gemeinschaftlichen Zahnkranz in Eingriff gebracht.

Die Bedienung des Hauptabsperrventils der Maschine erfolgt mittels einer in der Steuerwelle gelagerten, mit Griffrad versehenen Spindel, welche mittels konischer Räder mit der Schraubenspindel des Ventils in Eingriff gebracht ist. Der Arbeitsdampf durchströmt den Mantel des Hochdruckcylinders, bevor er durch das Absperrventil in den |74| Cylinder selbst gelangt, tritt nach vollbrachter Arbeit in diesem in den ersten Aufnehmer, danach in den Mitteldruckcylinder und aus diesem in den zweiten Aufnehmer, von wo er sich nach den beiden Niederdruckcylindern verzweigt und gelangt schliesslich in die Kondensatoren.

Die Steuerung der vier Cylinder erfolgt durch je vier entlastete Doppelsitzventile. Behufs Aenderung der Füllung sind die Einlasssteuerungen als auslösende Klinkensteuerungen ausgeführt.

Textabbildung Bd. 316, S. 74

Wie die Abbildung Fig. 37 erkennen lässt, werden die auslösenden Klinken der zum Hochdruck- und Mitteldruckcylinder gehörigen Steuerung durch vom Regulator bezw. von Hand eingestellte Gestängeverbindungen bethätigt, die ihre Bewegungen von kleinen Exzentern der mittels Kegelräder von der Kurbelwelle betriebenen Steuerwelle ableiten, während das Anheben der Ventile durch je einen mit einer Rolle versehenen Winkelhebel erfolgt, der durch eine unrunde Scheibe bethätigt wird. Mit dieser Steuerung (D. R. P. Nr. 96389) können vollkommener Ausgleich der Füllungen auf beiden Cylinderseiten, genügende Auftreffflächen der Klinken bei kleinen Füllungen und damit präzises Abschnappen, sowie kleine Auftreffgeschwindigkeiten und für die verschiedenen Füllungen möglichst gleiche Ventilhube erreicht werden. Letzterer Umstand fällt besonders ins Gewicht, weil hierdurch mit dem einfachen Luftpuffer genügend ruhiger Gang der Ventile ermöglicht wird und komplizierte Pufferkonstruktionen überflüssig sind. Ein etwa eintretendes Rückwärtswuchten des Schwungrades beim Abstellen oder Angehen der Maschine kann der Steuerapparat ohne Schaden ertragen, da der aktive Mitnehmer niemals eine Sperrstellung einnehmen kann. Die Steuerung eignet sich insbesondere für Maschinen mit hohen Tourenzahlen und soll sich im Betriebe vorzüglich bewährt haben.

Bei der Ausstellungsmaschine ändert der Regulator nur die Füllungen des Hochdruckcylinders, doch kann auch die Steuerung des Mitteldruckcylinders mit dem Regulator gekuppelt werden. Falls in aussergewöhnlichen Fällen die Niederdruckcylinder allein arbeiten sollen, lassen sich deren Steuerorgane behufs Erzielung veränderlicher Füllungen ebenfalls mit dem Regulator in Verbindung bringen.

Ausser mit den Niederdruckcylindern kann auch mit der Hochdruckseite als Tandemmaschine allein gearbeitet werden.

Die Niederdruckcylinder besitzen die vom |75|

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Werke Augsburg seit mehreren Jahren mit Erfolg ausgeführte auslösende Ventilsteuerung eigenen Systems (vgl. Fig. 38). Beide Steuerungen sind miteinander gekuppelt und kann die Füllung während des Ganges von Hand verstellt werden.

Textabbildung Bd. 316, S. 76

Die Auslassventile der Cylinder werden durch unrunde Scheiben gesteuert, von denen diejenigen der Niederdruckcylinder, um die Kompression – je nachdem mit Auspuff oder Kondensation gearbeitet wird – entsprechend einstellen zu können, verstellbar eingerichtet sind.

Der Federregulator eigenen Systems ist an dem Verbindungsstück zwischen Hochdruck- und Niederdruckcylinder montiert und wird von der Steuerwelle aus durch Schraubenräder angetrieben. Die dem Werke Augsburg patentierte Tourenverstellvorrichtung (D. R. P. Nr. 87645) mit Laufgewicht gestattet eine Veränderung der Tourenzahl während des Ganges. Insbesondere ist diese Vorrichtung für Verstellung der Tourenzahl mittels Elektromotor vom Schaltbrett aus geeignet.

Die Verbindung des Regulators mit den Steuerorganen des Hochdruckcylinders lässt sich durch einen eingeschalteten Handhebel jederzeit lösen bezw. kann bei etwaigen Unfällen mittels dieses Hebels die Steuerung des Hochdruckcylinders sofort ausgeschaltet und damit der weitere Dampf zutritt plötzlich abgeschnitten werden. Die beiden Kondensatorluftpumpen sind unter Flur angeordnet und werden mittels Lenker vom Kurbelzapfen aus angetrieben. Die Rohrleitungen sind so gelegt, dass unter Umständen mit nur einer Luftpumpe gearbeitet werden kann.

Ausser den erforderlichen Messinstrumenten, wie Manometer, Vakuummeter, Tachometer, Umlaufzähler, ist die Maschine mit den nötigen Schutzvorrichtungen versehen. Zur bequemen Bedienung der Steuerungen sind an den Dampfcylindern Antritte, sowie Geländer und Treppen vorgesehen.

Der zum Betreiben der Maschine nötige Dampf wurde einer Batterie von fünf Kesseln der Firmen Petry-Dereux in Düren, |77| Petzold und Cie. in Berlin, Simonis und Lanz in Frankfurt a. M., H. Paucksch in Landsberg a. W. und Ewald Berninghaus in Duisburg entnommen. Versuche an einer für die Hannoversche Baumwollspinnerei und Weberei in Linden vor Hannover ausgeführten Maschine gleichen Systems haben bei einer Anfangsspannung des Dampfes von 11 at Ueberdruck und mässiger Ueberhitzung desselben einen Dampf verbrauch von 5,08 kg für 1 PSi/Std. ergeben.

Der von der Firma „Helios“ Elektrizitäts-A.-G. in Köln-Ehrenfeld gelieferte Generator ist seinen Abmessungen nach die grösste Maschine nicht nur in der Ausstellung, sondern überhaupt die grösste bis jetzt in Europa gebaute Dynamomaschine. Sie bildet das jüngste Glied einer Reihe ähnlich konstruierter Maschinen der elektrischen Zentralen zu Köln, Amsterdam und St. Petersburg, die insbesondere deshalb bemerkenswert sind, weil sie entweder Wechselstrom oder Drehstrom oder gleichzeitig Wechselstrom und Drehstrom liefern können.

Das auf der Kurbelwelle der Dampfmaschine befestigte Magnetrad hat 8,1 m, der dasselbe umgebende Ring, welcher auf seiner Innenseite die Drahtspulen trägt, 9,5 m Durchmesser. Der Generator liefert bei 72 Umdrehungen in der Minute und 50 Perioden entweder 2000 Kilovoltampère einphasigen Wechselstrom oder 3000 Kilovoltampère Drehstrom, ist aber auch im stande, gleichzeitig 1500 Kilovoltampère Wechselstrom und 1200 Kilovoltampère Drehstrom an seinen Klemmen abzugeben. Dies wurde dadurch erreicht, dass man eine fast ganz normal ausgebildete Drehstrommaschine für 3000 Kilovoltampère Leistung mit einer Hauptphase für 2000 Kilo Voltampère Wechselstrom und einer Hilfsphase für 1500 Kilovoltampère versah, die nach der bekannten, von Scott angegebenen Schaltung von der Mitte der Hauptphase abgezweigt ist.

An Stelle der bisher üblichen Pol-, später Zackenwickelung wurden die induzierten Drähte in Nuten gelegt. Infolge dieser Neuerung zeichnet sich die Maschine durch geringe Selbstinduktion der einzelnen Spulen und durch kleinen Spannungsabfall bei höherer Belastung und grossem Kurzschlussstrom älteren Maschinen gegenüber vorteilhaft aus. Daneben gestattet die Nutenwickelung die Anbringung von Ventilationskanälen, welche, wie in Fig. 39 ersichtlich, in einfachster Weise durch Trennung des Ankereisens in drei achsial hintereinander liegende Schichten mit Hilfe von Abstandstücken aus unmagnetischem Material gebildet wurden. Diese so erzeugten Luftschichten stehen direkt mit dem nach aussen offenen Hohlraum des Gussgehäuses in Verbindung, so dass wie bei den kleineren Maschinen so auch bei dieser grossen Maschine eine ergiebige Selbstventilation erreicht ist. Die Temperatur überschreitet infolgedessen niemals 35°.

Ein besonderer Vorteil der Nutenwickelung liegt auch darin, dass die Stossflächen, welche früher zwischen je zwei Spulen notwendig waren, vermieden sind. Es treten bei der neuen Maschine nur sechs Stösse auf, welche aber magnetisch in der denkbar besten Weise durch Verzapfung der einzelnen Blechpakete überbrückt werden. Auf jeden der 84 Pole des Magneten kommen acht Nuten; die mittleren beiden dieser Nuten sind den beiden mittleren des nächsten Poles zugeordnet, während die drei äusseren rechts und links von diesen eine Spule aufnehmen. Es entsteht so ein System von einer fortlaufenden einphasigen und einer etwas schwächeren um 90° gegen diese verschobenen Wickelung. Beide Wickelungen sind, wie bereits bemerkt, nach der Scott'schen Schaltung miteinander verbunden, so dassdie Maschine zur Abgabe von einphasigem Wechselstrom und von Drehstrom geeignet wird.

Textabbildung Bd. 316, S. 77
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Die Höhe der Spannung war von der Ausstellungsleitung auf 2000 Volt bei 50 Perioden festgesetzt worden. Mit Rücksicht auf die spätere Verwendung wurde jedoch die Ankerwickelung in Haupt- und Hilfsphase so angeordnet,

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dass sie je nach Schaltung in einem Kreis, bezw. in zwei oder drei parallelen Kreisen 6000, 3000 und 2000 Volt mit je 10 % Erhöhung zu erreichen gestattete. Die Magnetpole wurden aus Gussstahl hergestellt und haben einen runden Querschnitt; sie werden von einem gusseisernen Körper getragen, der den inneren Teil des Schwungrades bildet.

Textabbildung Bd. 316, S. 80

Das Magnetrad hat ein Gewicht von 80000 kg und erfüllt seine Aufgabe als Schwungrad für die Antriebsmaschine so vorzüglich, dass ein Ungleichförmigkeitsgrad von 1 : 350 erreicht wird.

Die Wickelung der Pole besteht aus je einer Lage Kupferband, welches mit Hilfe einer besonderen Vorrichtung in Spulenform gebracht wurde. Die Isolierung der Windungen ist nach der Wickelung vorgenommen. Die Gefahr eines Durchschlagens ist die denkbar kleinste, da die Wickelung so dimensioniert wurde, dass auf jeden Pol nur ungefähr 1 Volt Spannungsdifferenz kommt. Die Maschine arbeitet also mit 84 bis 100 Volt Erregerstromspannung. Dieser Strom wird nicht wie sonst durch eine direkt mit der Hauptwelle der Maschine gekuppelte Gleichstromdynamo erzeugt, sondern einer besonderen 40 Kilo-Watt-Dampfdynamo |81| entnommen. Die Erregermaschine musste diese hohe Leistung bekommen, weil sie gleichzeitig auch zur Speisung einiger Gleichstrommotoren und Lampen dient. Sie hat sechs Pole und ist, wie Fig. 40 zeigt, mit einer stehenden Zweifach-Expansionsdampfmaschine mit Kondensation der Firma Schichau in Elbing direkt gekuppelt, die 240 Umdrehungen in der Minute ausführt.

Die Maschinenfabrik Gebrüder Stork und Co. in Hengelo (Holland) stellte eine zum Betreiben mit überhitztem Dampf von 10 at Ueberdruck und 350° C. eingerichtete liegende Verbunddampfmaschine mit Kondensation von 500 bis 600 PSi aus; dieselbe ist, wie Fig. 41 bis 44 erkennen lassen, mit einer Dynamo der Elektrischen Industrie in Slikkerveer (Holland) von 350 Kilo-Watt für eine Spannung von 500 Volt direkt gekuppelt. Bei dieser Leistung soll der Nutzeffekt der Maschine mit zugehöriger Dynamo etwa 86 % betragen.

Die Hauptabmessungen der Dampfmaschine sind folgende:

Durchmesser des Hochdruckcylinders 530 mm
„ „ Niederdruckcylinders 875
Gemeinsamer Kolbenhub 1000
Minutliche Umdrehungszahl 115

Wie bei allen Heissdampfmaschinen, welche nach den Patenten von W. Schmidt in Wilhelmshöhe bei Kassel gebaut sind, haben die Cylinder keine Dampfmäntel. Der Hochdruckcylinder ist derart aufgestellt, dass er sich unter der Einwirkung des überhitzten Dampfes frei ausdehnen kann. Er hat nur eine Stopfbüchse, die federnde gusseiserne Ringe und zwei Asbestringe enthält. Nach den bisherigen Erfahrungen sollen derartig abgedichtete Kolbenstangen nicht mehr angegriffen werden als diejenigen einer Maschine ohne Ueberhitzung.

Die Kolben beider Cylinder sind einfache Hohlkörper aus Gusseisen; der Hochdruckkolben hat Federn, System Ramsbottom, der Niederdruckkolben solche nach Mather und Platt. Die Fundamentrahmen haben Rundführungen und angegossene Kurbellager, deren gusseiserne mit Weissmetall gefütterte Schalen von oben und seitlich nachstellbar sind. Die mit aufgeschrumpften Kurbeln versehene Welle ist aus Siemens-Martin-Stahl hergestellt. Die aus dem gleichen Material geschmiedeten Treibstangen sind seitlich ausgefräst. Zur Dampfverteilung beider Cylinder dienen Doppelsitzventile, von denen die Einlassventile des Hochdruckcylinders durch stellbare, unter Einwirkung eines Flachreglers, Bauart Dörfel-Pröll, stehende Exzenter gesteuert, die Auslassventile durch feste Exzenter angetrieben werden.

Bei dem Niederdruckcylinder ist für je ein Einlass- und Auslassventil ein gemeinsames Exzenter angeordnet. Durch entsprechende Einstellung dieser Exzenter kann die Füllung innerhalb gewisser Grenzen geändert werden.

Der nach Angaben von Wilhelm Schmidt in Wilhelmshöhe hergestellte Aufnehmer (Fig. 45, S. 78) wird mittels einer grossen Anzahl -förmig gebogener Röhren durch stagnierenden Kesseldampf geheizt, wenn die Füllung des Hochdruckcylinders klein ist, oder durch zirkulierenden Heissdampf, wenn die Füllung gross ist. Infolgedessen wird je nach der Arbeitsleistung der Maschine wenig oder mehr Warme an den Niederdruckcylinder abgegeben und dem Hochdruckcylinder entzogen. Ein durch eine Feder belastetes Wechselventil zwingt den nach dem Hochdruckcylinder strömenden Dampf seinen Weg direkt nach dem Cylinder zu nehmen, oder ganz oder teilweise durch die -förmigen Röhren. Die hinter dem Niederdruckcylinder im Fundament aufgestellte einfach wirken de Luftpumpe stehender Anordnung wird von der verlängerten Kolbenstange des genannten Cylinders angetrieben.

Ueber Versuche, welche von den Professoren Ravenek und Gründet der polytechnischen Hochschule in Delft an einer der vorbesprochenen ungefähr gleichen Maschine der Spinnerei in Enschedé (Holland) am 10. und 11. April 1900 angestellt wurden, geben Gebr. Stork und Co. folgendes an.

Die Cylinder der Versuchsmaschine haben dieselben Abmessungen wie diejenigen der Pariser Ausstellungsmaschine; die minutliche Umdrehungszahl beträgt jedoch nur 85 und es wurden mit dieser bei einer Manometerspannung des in den Hochdruckcylinder tretenden Arbeitsdampfes von 9,0 bezw. 9,2 at und einer Temperatur von 344 bezw. 341° C., sowie einem Vakuum von 66 bezw. 65,5 cm Quecksilbersäule nach den Diagrammen im Mittel 410,11 bezw. 398,24 PSi entwickelt.

Der Dampf verbrauch stellte sich hierbei auf 4,38 bezw. 4,625 kg, der Kohlenverbrauch auf 0,55 bezw. 0,56 kg für 1 PSi/Std.

Die Verdampfungsziffer des Lancashire-Kessels von 90 qm Heizfläche und 3,24 qm Rostfläche beträgt hiernach 7,986 bezw. 8,276.

Der Ueberhitzer hat 100 qm, der Ekonomiser ebenfalls 100 qm und der mit Heissdampf gespeiste Aufnehmer 10 qm Heizfläche.

Von der in der Kohle (Heizwert 7800 Kal.) aufgespeicherten Wärme wurden während der je 4½ Stunden andauernden Versuche im Kessel 77,7 bezw. 80,6 %, in der Dampfmaschine 19 bezw. 18 %, insgesamt demnach 14,8 bezw. 14,6 % nutzbar gemacht.

(Fortsetzung folgt.)

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