Titel: Hydraulische Kompressoren.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1910, Band 325 (S. 612–616)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj325/ar325183

Hydraulische Kompressoren.

Nach einem auf dem V. Internationalen Bergbaukongreß in Düsseldorf 1910 erstatteten Referat.

Von Oberingenieur P. Bernstein, Köln.

(Schluß von S. 602 d. Bd.)

Umfangreichere Anlagen als die oben beschriebenen hat der Verfasser während seiner Studienreise im Jahre 1908 in Amerika und Kanada Gelegenheit gehabt zu besichtigen. Von diesen seien kurz erwähnt:

Der hydraulische Luftkompressor in Ainsworth, British Columbia. Fig. 28 zeigt den übertägig verlaufenden Teil der hölzernen Rohrleitung nebst Gerüst und Schutzgehäuse, in welchem der Luftsauger gelagert ist. Die Wirkung des Ausblaserohres, dem ein Gemisch von Luft und Wasser entströmt, ist in dem Bilde erkenntlich. Das Nutzgefälle beträgt 32 m und die Kompressorleistung beläuft sich auf etwa 500 PS. Die Anlage versorgt die benachbarten Gruben in Kootenay mit Druckluft.

Der hydraulische Luftkompressor der Dominion Cotton Mils Company in Magog bei Quebec (Kanada). Fig. 29 zeigt die Eröffnungsfeier dieser Anlage. Bei einer mittleren Wassermenge von 2,6 cbm/Sek. und einem Gefälle von 6,6 m beträgt die mittlere Kompressorleistung 160 PS. Die Preßluft von 3,5 at wird in das 150 m vom Kompressor entfernte Fabrikgebäude geleitet und zum Betriebe von Luftmaschinen verwendet, die abwechselnd bei geringem Wasserstand mit Dampf betrieben werden.

Eine bedeutende Anlage ist der hydraulische Luftkompressor der Victoria Copper Mining Company in Rockland (Mich.). Dort wird eine Wasserkraft von 4000 PS mit einer Gefällhöhe von 22 m ausgenutzt. Die verfügbare Wassermenge von rd. 14-20 cbm wird auf drei Sauger verteilt, die Fallrohre sind in drei senkrechten Schächten von rd. 102 m Tiefe und 1500 mm ⌀ einbetoniert. Sie münden in eine etwa 40 m lange, in den Felsen eingesprengte gemeinsame Abscheidekammer, von der das Betriebswasser durch einen Steigschacht von 5 m ⌀ zum Untergraben abfließt. Die Anordnung ist in Fig. 30 veranschaulicht.

Textabbildung Bd. 325, S. 612

Außer der Einstellvorrichtung von Hand mittels Schraubenspindel sind die Luftsauger mit einer selbsttätigen Vorrichtung zum Regeln der angesaugten Luftmenge wie auch der Betriebswassermenge versehen. Der teleskopartig heb- und senkbare Einlauftrichter mit den |613| Luftröhren ist als Schwimmkörper ausgebildet. Die in das Oberwasser eintauchende Glocke g wird durch die mit dem Hauptdruckluftrohr entsprechend verbundene und mit Drosselventil versehene Hilfsleitung l und das einstellbare Auslaßventil u mit Luft gefüllt. Letzteres wird so eingestellt, daß die der Glocke zuströmende Luft entweichen kann, nachdem der Schwimmkörper in die jeweils gewünschte Eintauchtiefe gebracht Worden ist. Bei eintretender Verringerung in der Luftentnahme aus der Abscheidekammer wird von der sich dort ansammelnden Luft der Wasserspiegel unterhalb der Mündung des Rohres r heruntergedrückt; die überschüssige Luft strömt durch letzteres in die Glocke g und hebt diese an, wodurch der Einlaß für Wasser und Luft teilweise oder ganz abgesperrt wird. Mit zunehmender Belastung des Kompressors steigt der Wasserspiegel in der Abscheidekammer über der Mündung des Rohres r, die Luftorderung nach der Glocke hört auf, die Glocke sinkt infolge Entweichens der Luft und demgemäß sich verengernden Auftriebes langsam bis auf die ursprüngliche Stellung und somit wird der normale Einlaßquerschnitt für Luft und Wasser wieder freigegeben. Fig. 31 veranschaulicht den unteren Teil der drei Fallrohrschächte in Verbindung mit der Abscheidekammer, Fig. 32 die Aufstellung der Sauger und Fig. 33 zeigt die geyserartige Wirkung des Auspuffrohres. Die Druckluft von 8 at findet in der rd. 1,7 km entfernten Victoria-Grube Verwendung.

Textabbildung Bd. 325, S. 613
Textabbildung Bd. 325, S. 613

Als größte der bisher ausgeführten Wasserdruckluftanlagen, ja als größte Kompressor-Einheit der Welt, ist |614| der hydraulische Kompressor der Cobalt Hydraulic Power Company in Ontario (Kanada) zu erwähnen.1)

Textabbildung Bd. 325, S. 614

An einer der Stromschnellen des das kanadische Silberbergbaugebiet durchfließenden Montreal-River, die innerhalb 0,4 km einen Sturz von über 16 m aufweist wurden die Kompressionsschächte niedergebracht. Die Anordnung des Wasserzulaufes zu dem Luftsauger ist in Fig. 34 dargestellt. Aehnlich der oben beschriebenen Anlage der Victoria Copper Mining Company wurde für den Wasserauslaß ein von den Fallschächten räumlich getrennter Schacht von etwa 6,6 m ⌀ und etwa 83 m Tiefe ausgeführt, wobei ein etwa 300 m langer Verbindungs-Tunnel von 6 m Breite und 8 m Höhe als Luftabscheidekammer dient.

Die Anlage ist ausgebaut für eine Leistung von etwa 67,000 cbm atmosphärischer Luft i. d. Stunde bei 8 at Ueberdruck, entsprechend einer Leistung von 5,500 Kompressorpferdestärken.

Die Luft dient zur Versorgung des benachbarten Grubenbezirkes. Die Fortführung und Verteilung erfolgt durch ein etwa 35 km langes Leitungsnetz. Der Verkaufspreis der Luft beträgt 0,09 cents für 1 cbm atmosphärischer Luft an der Verbrauchsstelle nach dem Luftmesser berechnet. Durch den Bezug der Druckluft von der Druckluftzentrale entstehen den Verbrauchern Ersparnisse an Ausgaben für Druckluft von etwa 30–40 v. H.

Textabbildung Bd. 325, S. 614

Eine erschöpfende Theorie des hydraulischen Kompressors, die alle hierbei in Frage kommenden hydraulischen Vorgänge berücksichtigt, besteht bislang noch nicht. In Ermangelung einer solchen ist man beim Entwerfen auf Erfahrungswerte und Annahmen angewiesen. Es verdient hervorgehoben zu werden, daß der in der technischen Hydraulik übliche Rechnungsvorgang, der eine unveränderliche Reibungsziffer voraussetzt, in diesem Falle nicht zum Ziele führt. Die Nachrechnung der Ergebnisse an einigen ausgeführten Anlagen zeigt, daß die Reibungsziffer, die infolge des veränderlichen spez. Gewichtes des Luftwassergemisches im Fallrohr sich fortwährend ändert, tatsächlich geringer sein muß, als in der Praxis angenommen wird.

Textabbildung Bd. 325, S. 614
Textabbildung Bd. 325, S. 614

Einen Anhaltspunkt bei der Vorausberechnung von hydraulischen Kompressoren bietet das jeweils erzielbare Luft-Wasser-Verhältnis, d.h. die Menge der auf die Raumeinheit Wasser angesaugten Raumeinheiten atmosphärischer |615| Luft. Bei gegebener Gefällhöhe und Wassermenge würde nämlich unter Voraussetzung isothermischer Kompression und Außerachtlassung der stattfindenden hydraulischen Verluste beim Ansaugen, Verdichten und Fortführen des Wasserluftgemisches im Fallrohre, sowie der Luftverluste im Abscheider die Beziehung gelten Q ∙ h ∙ 1000 = p1v1lgn (ε), wenn bedeuten Q die Wassermenge in cbm/Sek., h die Gefällhöhe in m, p1 v1 den Anfangszustand der Luft und e den Kompressionsgrad. Hieraus ergibt sich das ideelle Luft-Wasser-Verhältnis zu Die bisherigen Versuche haben gezeigt, daß bei entsprechender Wahl der Fallrohrweite und Fallrohrlänge ein Luft-Wasser-Verhältnis von 0,6–0,7 des theoretisch möglichen erzielbar ist. Dies gilt im Gefällbereich von 4–120 m Je nachdem die Frage der Anlagekosten oder die des Nutzeffektes ausschlaggebend ist, wird nach Maßgabe der örtlichen Verhältnisse die Betriebswassermenge in einem einzigen Fallrohr ausgenutzt oder auf mehrere verteilt. Ebenso wird unter Umständen eine Unterteilung der gesamten verfügbaren Gefällhöhe in einzelne Stufen vorgenommen, besonders in denjenigen Fällen, in denen das zu erzielende Luft-Wasser-Verhältnis mehr als ein Zehnfaches zu betragen hat.

Textabbildung Bd. 325, S. 615
Textabbildung Bd. 325, S. 615

Die nachgewiesene einfache und wirtschaftliche Arbeitsweise der Wasserdruckluftanlagen, insbesondere der Fortfall der Bedienungs- und Betriebskosten berechtigt zur Behauptung, daß der hydraulische Kompressor zur Erzeugung von Druckluft große Vorteile bietet gegenüber bezüglichen maschinellen Anlagen.

Textabbildung Bd. 325, S. 615
Textabbildung Bd. 325, S. 615
Textabbildung Bd. 325, S. 615

Außer denjenigen Fällen, in denen die Wasserkraft ausschließlich zur Erzeugung von Druckluft benutzt wird, ergeben sich noch weitere Verwendungsfälle des hydraulischen Kompressors in Verbindung mit großen Turbinenanlagen, die direkt in den Flußläufen eingebaut sind. Der bedeutende Vorteil der Umgehung der kostspieligen künstlichen Zu- und Abflußkanäle bei solchen Wasserkraftanlagen ist bekanntlich mit dem Nachteil verbunden, daß in den Zeiten des Hochwassers das Nutzgefälle beträchtlich vermindert und die Konsumfähigkeit der Turbinen, die im quadratischen Verhältnis mit dem Gefälle abnimmt, entsprechend verringert wird, so daß die Anlage in der Periode, wo der Fluß die meiste Arbeit leisten könnte, die geringste Leistungsfähigkeit aufweist. Die schädlichen Folgen des Rückstaues bei Hochwasser zeigen sich u.a. an den Kraftanlagen am Rhein, wo auch die Anwendung von Hochwasseretagen nicht ausreicht, um die Einbuße an Leistung einzuholen und nicht selten Zuflucht zu Dampfreserven genommen werden muß. Zur Bekämpfung dieses Uebelstandes sind neuerdings Maßnahmen zur künstlichen Erhöhung des Hochwassergefälles vorgeschlagen. Von diesen sei erwähnt der pneu-hydraulische Ejektor (D. R. P. 194600) zur künstlichen Senkung des Unterwasserspiegels. Die Einrichtung ist in den Fig. 35–37 veranschaulicht. Bei der quer im Fluß eingebauten Turbinenanlage (s. Fig. 35) sind zwischen den einzelnen Turbinenkammern sogen. Saugeysche Hochwasserschützen b1 b2 usw. angebracht. Beim niedrigsten Wasserstande bleiben diese Schützen geschlossen und die Turbinen schlucken die dem größten Gefälle entsprechende Wassermenge. Beim Steigen des Flusses |616| werden die Schützen geöffnet zu dem Zwecke, den Ueberschuß der Wassermenge entweichen zu lassen und gleichzeitig zur Ausübung einer Saugwirkung auf die aus den Turbinen auströmenden Wassermengen, wodurch der angestaute Wasserspiegel abgesenkt bezw. das Gefälle vergrößert wird. Die an sich auftretende Saugwirkung der Hochwassermassen wird wesentlich verstärkt durch die in den Schützenkammern eingebauten Saugdüsen c1 c2 usw., die mittels Wasserdruckluft betätigt werden, wobei die hydraulischen Kompressoren d1 und d2 seitlich am Wehr aufgestellt sind. Fig. 36 zeigt den Schnitt nach ab durch die Turbinenkammern, Ejektoren und Kompressoren, und Fig. 37 einen Schnitt der Kompressorkammer nach cd. Die kinetische Energie der in den Düsen expandierenden Preßluft äußert sich in einer Beschleunigung der durch die Ejektorenöffnungen schießenden Wassermengen, die eine intensive Saugwirkung und mithin eine wesentliche Absenkung des Unterwasserspiegels bewirken, wodurch ein großer Teil des bei Hochwasser verlustig gehenden Gefälles zurückgewonnen wird. Auf diese Weise läßt sich die Leistung der Anlage auch in Zeiten des Hochwassers ohne Zuhilfenahme von kostspieligen Hochwasseretagen auf nahezu gleicher Höhe erhalten. In Anbetracht des Umstandes, daß der Betrieb hydraulischer Kompressoren besondere laufende Kosten nicht verursacht, wird der erzielte Gewinn der Gefällevermehrung die einmaligen Anlagekosten der hydraulischen Kompressoren, die gleichzeitig mit dem Wehr erstellt werden, bezahlt machen.

Die Tatsache, ferner daß der hydraulische Kompressor unempfindlich ist gegen weitgehende Gefällschwankungen und daß der Luftsauger bei niedrigeren Gefällhöhen schwimmend bezw. selbsttätig in der jeweils gewünschten Höhenlage zum Oberwasserspiegel einstellbar eingerichtet werden kann, läßt diesen auch als verwendbar zur Nutzbarmachung der Gezeiten-Energie erscheinen. Es verdient der Vorschlag des Amerikaners Webber erwähnt zu werden. Dieser geht dahin, die an der Westküste des Atlantischen Ozeans vorkommenden natürlichen größeren Becken, die während der Flut vom Meerwasser gefüllt, während der Ebbe entleert werden, für den Einbau hydraulischen Kompressoren zwecks Erzeugung von Druckluft-Energie zu benutzen. Der Kompressor wird durch zwei Paar Stauklappen betätigt, die abwechselnd vom Meer nach dem Becken a und umgekehrt sich öffnen und schließen. Bei Flut gelangt das Aufschlagwasser zum schwimmend angeordneten Luftsauger durch die Klappe 1 und fließt durch die Klappe 2 zum Becken a ab. Bei eintretender Ebbe wird das Klappenpaar 1 und 2 infolge des Wasserdruckes geschlossen und das Klappenpaar 3 und 4 in Tätigkeit gebracht (siehe Fig. 38, 39 und 40). In Fig. 41 ist der Kompressor dargestellt und zwar im Vertikalschnitt durch den Kompressions- und Steigschacht, woraus ersichtlich ist, daß die Wasser-Einlauf- und -Auslaufkammer, dem jeweils zu erzielenden Nutzgefälle entsprechend, verschiedene Tiefen aufweisen.

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Compressed Air, Nr. 6, 1910.

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