Titel: BERNSTEIN: Die Fortschritte auf dem Gebiete der Drucklufterzeugung usw.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1912, Band 327 (S. 660–665)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj327/ar327200

DIE FORTSCHRITTE AUF DEM GEBIETE DER DRUCKLUFTERZEUGUNG UND DEREN WIRTSCHAFTLICHE BEDEUTUNG.

Von Oberingenieur P. Bernstein, Köln.

(Fortsetzung von S. 357 d. Bd.)

Die Einführung des Turbokompressors fällt zeitlich zusammen mit der in den letzten Jahren zugenommenen Verwertung des Auspuffdampfes der Förder- und Walzwerksmaschinen auf den Berg- und Hüttenwerken in Wärmespeichern und Niederdruckturbinen.

Die Ausnutzung des Abdampfes zur Erzeugung von Druckluft gestaltet sich in kraftwirtschaftlicher Beziehung besonders deshalb vorteilhaft, weil die Periode des größten Luftbedarfes der Grube in die Zeit flottester Förderung fällt, wo auch die größten Abdampfmengen zur Verfügung stehen, mithin die Wärmespeicheranlage vielfach ohne Frischdampfzusatz arbeiten kann. Es kommt noch hinzu

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Tabelle 1.

Textabbildung Bd. 327, S. 661

das günstige thermische Verhalten der Dampfturbine im Niederdruckgebiet im allgemeinen sowohl als auch im besonderen die Zweckmäßigkeit der von Rateau zuerst angegebenen Zweidruckturbine. Letztere ermöglicht einen wirtschaftlichen Betrieb auch bei stark schwankender Abdampfmenge, wobei der bei Abdampfmangel zuzusetzende Frischdampf nicht erst auf den Wärmespeicherdruck abgedrosselt, sondern in Frischdampfstufen, die in demselben Gehäuse mit den Abdampfstufen untergebracht sind, ausgenutzt wird.

Textabbildung Bd. 327, S. 661

Die Gutehoffnungshütte war in der Einführung des Turbokompressors bahnbrechend, indem sie im Jahre 1908 einen durch Abdampfturbine angetriebenen Turbokompressor auf Zeche Concordia aufstellte. Bereits die ersten in die Literatur gelangten Versuchsergebnisse ließen auf die Entwicklungsfähigkeit der neuen Maschinenartschließen.1) Dies namentlich im Hinblick auf die um die gleiche Zeit bekanntgewordenen an sich sehr günstigen Dampfverbrauchszahlen des von der Firma Pokorny & Wittekind erbauten Abdampfkolbenkompressors der Fürstlich Pleßschen Gruben in Oberschlesien. Wenn auch der in der Zeitschrift „Glückauf“2) aufgestellte Vergleich einen um etwa 9 v. H. geringeren Dampfverbrauch des Kolbensystems ergab, so ist bekanntlich, von der nur bedingten Richtigkeit des unter für den Turbokompressor ungünstigen Voraussetzungen gemachten Vergleichs abgesehen, vor allem nicht der geringere Dampfverbrauch allein, sondern die höhere Gesamtwirtschaftlichkeit, die sich aus Anlage- und Betriebskosten ergibt, ausschlaggebend.

Im folgenden seien einige Versuchs- und Betriebszahlen an Turbokompressoren wiedergegeben:

Bei dem von Pokorny & Wittekind gelieferten Turbokompressor der Berginspektion in Reden von 7000 cbm stündlicher Saugleistung und 4200 Umdrehungen war mit Rücksicht auf die sehr schwankende Abdampfmenge eine Frischdampfvorrichtung vorgesehen derart, daß bei eintretendem Abdampfmangel Frischdampfstufen zur Wirkung gelangen. Die Ergebnisse eines am 7. und 8. August 1910 vorgenommenen Leistungsversuches sind in Tab. 1 eingetragen.

Bei der Ermittlung des spez. Dampfverbrauchs für das cbm angesaugte Luft wurden bei Abdampfbetrieb die

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Tabelle 2.

Versuch Zeit Druckabfall i. d.
Düse in mm WS

Luft-
menge
in
cbm/Std.
An-
sauge-
druck
in at abs.
Mittelw.

Enddruck in at

Druck-
ver-
hältnis

Um-
drehun-
gen
i. d. Min.
Ab-
lesung
*)
Mittelw.
korrig.
Ab-
lesung
Ueber-
druck
Mittel-
wert
abs.
Nr.

A
215
220
225
230
385
370
380
380

385

9074

0,956
4,35
4,30
4,30
4,30

5,30

5,50

4200

B
235
240
245
250
325
328
323
323

330

8400

0,962
5,10
5,10
5,10
5,10

6,10

6,35

4200

C
255
300
305
310
326
323
326
326

330

8400

0,962
4,30
4,32
4,32
4,32

5,30

5,50

4100

D
315
320
325
330
326
329
332
326

330

8400

0,962
3,52
3,52
3,50
3,50

4,50

4,68

4000

E
335
340
345
145
146
144

148

5580

0,980
4,95
5,00
4,95

5,95

6,07

4000
F 405 195 195 6450 0,9755 5,88 6,87 7,08 4200
G 430 281 281 7700 0,9669 6,01 7,00 7,25 4300

*) Die Luftmessung erfolgte mittels einer konischen Düse von 200 mm Durchm. mit kurzem zylindrischen Mundansatz, die am Ende der Saugleitung in der Saugkammer außerhalb des Maschinenhauses angebracht war.

gemessenen Dampfmengen auf Dampf von 1,2 at abs. und 92 v. H. Vakuum und die Luftmengen auf 7 at abs. Luftdruck und 760 mm Barometerstand umgerechnet. Die Gesamtwirkungsgrade ergaben sich aus dem jeweiligen Verhältnis der nachgewiesenen isothermen Kompressionsarbeit Lis. zur verfügbaren Dampfleistung Lad. nach der Mollierschen Entropietafel.

Tab. 2 gibt einen Regulierversuch wieder, mit welchem bezweckt wurde, die Zunahme der Luftlieferung mit der Erhöhung der Umlaufzahl sowie die Abnahme des Druckes bei wachsender Luftlieferung und gleichbleibender Umlaufzahl festzustellen.

In Fig. 14 sind die gemessenen Fördermengen V als Abszissen und die Druckverhältnisse P als Ordinaten aufgetragen. Die Betriebspunkte E und D bei n = 4000 sind nach Gutdünken zu einer Charakteristik miteinander verbunden. Mit Hilfe dieser und der Aequivalenzparabeln sind die Charakteristiken für die Umlaufzahlen n = 4100, 4200 und 4300 i. d. Min. ermittelt. Die Figur zeigt eine gute Uebereinstimmung der Versuchswerte mit den von der Theorie aufgestellten Beziehungen zwischen Druck, Volumen und Umdrehungszahl.

Die Fig. 15 und 16 veranschaulichen den im Jahre 1911 in Betrieb genommenen Abdampfkompressor der Gutehoffnungshütte auf der Hedwigswunschgrube in Borsigwerk O. S. und zwar von der Luft- und Dampfseite aus gesehen. Der Kompressor leistet normal bei 3700 Umdrehungen 8000 cbm at Luft bei einem Kompressionsdruck von 6 at eff. Die Kompression vollzieht sich in 24 Radstufen, von denen je 12 in einem Gehäuse untergebracht sind.

Die Ergebnisse eines Betriebsversuches sind in Tab. 3 dargestellt. Nach vorgenommener Umrechnung der Dampf- und Luftzahlen ergibt sich der Arbeitsbedarf der isothermen Kompression Lis. zu 19700 mkg/cbm Luft und die Dampfarbeit Lad. bei verlustloser adiabatischer Expansion zu 40750 mkg, mithin der günstigste Gesamtwirkungsgrad zu 39,9 v. H., bei einem Kühlwasserverbrauch von etwa 5 l für 1 cbm entsprechend 0,5 v. H. des Ansaugevolumens.

In dem großen Ueberlandkraftwerk der Victoria Falls Power Company in Transvaal, das von der AEG erbaut wird, gelangen zehn Turbokompressoren von etwa je 4000 PS-Leistung zur Aufstellung, entsprechend einer Gesamtsaugleistung von einer halben Million cbm i. d. Std., d.h. 25 v. H. des gesamten Luftverbrauchs des preußischen Bergbaues. Die zentral erzeugte Druckluft soll durch ein weit verzweigtes Rohrnetz nach den einzelnen im Umkreise von etwa 20 engl. Meilen belegenen Bergwerksbetrieben geleitet werden.

Textabbildung Bd. 327, S. 662

An dem Ausbau dieser Druckluftzentrale, die ihresgleichen nicht hat, sind drei deutsche Firmen beteiligt: Pokorny & Wittekind, Gutehoffnungshütte und AEG.

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Die konstruktive Durchbildung und die Wahl der zweckmäßigen Anordnung der Kompressoreinheit von solcher ungewöhnlichen Größe waren mit Schwierigkeiten verbunden, zu deren Ueberwindung die wetteifernden Firmen verschiedene Wege einschlugen. Mitteilungen über die spruchreife Lösung der Aufgabe seitens der Firma Pokorny & Wittekind sind zuerst durch Professor Langer in Aachen der Oeffentlichkeit zugänglich gemacht worden3).

Textabbildung Bd. 327, S. 663

Das in Fig. 17 veranschaulichte Aggregat besteht aus einem viertrommeligen Kompressor von 36000 cbm stündlicher Saugleistung; je zwei Trommeln sind in einer Achse angeordnet und werden von einem besonderen Elektromotor von 2000 PSe angetrieben. Zwecks wirksam er Oberflächenkühlung der Luft im ersten Stadium des Kompressionsvorganges wurde die Niederdruckstufe in zwei Teile unterteilt.

Die Saugluft, die bei der Höhenlage Johannisburgs von 1800 m über Meeresspiegel eine mittlere Spannung von 0,81 at besitzt, wird durch zwei Rohrleitungen der Atmosphäre entnommen und im Niederdruckteil auf 1,79 at abs. komprimiert, durch eine Zweigleitung dem Mitteldruckteil zugeführt, in dem eine Druckerhöhung auf 3,66 at stattfindet; nach Durchströmung eines Rohrenzwischenkühlers gelangt sie in den Hochdruckteil, um auf die Endspannung von 9,08 at abs. gebracht zu werden, entsprechend einem Gesamtdruckverhältnis von rd. 11,4.

Das Bemerkenswerte dieser Bauart ist, daß der hohe Kompressionsgrad in nur 16 Laufrädern erzielt wird. Dies kennzeichnet das Bestreben der Erbauerin, mit den Laufraddurchmessern und Umfangsgeschwindigkeiten hoch zu gehen und die Räderzahl zu verringern.

Textabbildung Bd. 327, S. 663

Um einen Einblick in den Kompressionsvorgang zu gewinnen, sind die Temperatur- und Druckmessungen von Prof. Langer zur Aufzeichnung eines mutmaßlichen

Tabelle 3.

Textabbildung Bd. 327, S. 663
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Entropiediagramms verwertet. Hierfür wurde die von Prof. Ostertag entworfene Entropietafel benutzt4), worin die Linien gleichen Druckes für veränderliche spez. Wärme ermittelt sind.

In Fig. 18 sind die Anfangs- und Endzustände der Luft im Nieder-, Mittel- und Hochdruckteil auf den zugehörigen cp-Linien mit den Buchstaben A, B, C, D, E und F bezeichnet, die Punkte von freier Hand zu einem Linienzuge verbunden. Die polytropische Zustandsänderung der Luft im Niederdruckteil dürfte im ersten Teil ihres Verlaufes wegen des geringen Temperaturunterschiedes zwischen Luft und Kühlwasser und des großen Luftvolumens im Verhältnis zu den Kühlflächen, eine Wärmeaufnahme aufweisen, welche die der Adiabate übertrifft. Demgemäß ist angenommen, daß der überwiegende Teil der Linie A-B rechts der Adiabate verläuft, während die Linien B-C und D-B links der durch B und D gezogenen Adiabaten zu liegen kommen. Der zunehmende Einfluß der Luftkühlung mit fortschreitender Kompression äußert sich in der stärkeren Herabsetzung der Temperaturen gegenüber denjenigen der theoretischen adiabatischen Kompression bei gleichem Druckverhältnis. Bei einstufiger adiabatischer Kompression würde die Endtemperatur, wie dies der Schnittpunkt der Adiabate durch A mit der cp-Linie durch F ergibt, 292° C betragen, während beim Versuchskompressor eine Temperatur von 86° C festgestellt wurde. Bei isothermem Arbeitsvorgang längs der Linie A-F bezw. der Temperatur von 25° C ergibt sich die Entropiezunahme zu = 0,1655 Einheiten und der Wärmewert der Kompression zu = 0,1655 × 298 = 49,4 WE.

Das Arbeitsäquivalent der WE ist = 5,69 PS, mithin der Arbeitsbedarf für 1 kg Luft = 49,4 × 5,69 = 281 PS.

Bei einer sekundlichen Saugleistung von 9,7 kg berechnet sich der Arbeitsverbrauch 281 × 9,7 = 2730 PS. Die eingeleitete elektrische Leistung betrug beim Versuch von Langer 4056 PSe, daher der Wirkungsgrad = 67,3 v. H.

Textabbildung Bd. 327, S. 664

Fig. 19 zeigt den Turbokompressor der Gutehoffnungshütte von gleicher Größe. Die Anlage besteht aus einem Hochdruck- und einem Niederdruckkörper, in parallelen Achsen angeordnet und durch je einen Elektromotor angetrieben. Die Luft wird im zwölfrädrigen Niederdruckteil auf 2,5 at abs. und im Hochdruckteil von dieser Spannung auf normal 9,3 at abs. komprimiert. Im Hintergrunde des Bildes sind zwei Dampfkompressoren bei teilweise abgehobenen Oberteil des Gehäuses auf dem Versuchsstande erkennbar.

Textabbildung Bd. 327, S. 664

Die endgültigen Versuchsergebnisse an diesem Kompressor sowie diejenigen am Elektrokompressor der AEG wurden erst einige Zeit nach der Veröffentlichung von

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Tabelle 4.

Textabbildung Bd. 327, S. 665

Tabelle 5.

Textabbildung Bd. 327, S. 665

Langer bekanntgegeben. In Tab. 4 sind die Ergebnisse der drei Kompressorsysteme bei nahezu gleichem Kompressionsverhältnis und auf gleichen Düsenkoeffizient bezogen zusammengestellt.5)

Zum Schluß sei in Tab. 5 noch das Ergebnis eines Leistungsversuches an einem von der AEG ebenfalls für die Rand Mines-Transvaal erbauten Dampfturbokompressor wiedergegeben.

Aus den obigen Versuchswerten geht hervor, daß der Wirkungsgrad des Turbokompressors schon jetzt an denjenigen des Kolbenkompressors nahe herangerückt ist. Der Beweis der Brauchbarkeit der jungen Maschinenart für die Großindustrie ist somit erbracht und scheint die weitere Entwicklung derselben gesichert.

(Fortsetzung folgt.)

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s. Stahl und Eisen, Jahrgang 1909.

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s. Glückauf 1910.

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s. Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieure, Jahrgang 1911, Heft 5.

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s. Die Entropie der Luft von Prof. Ostertag 1910.

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Diese Tabelle bietet weder Vergleichszahlen noch eine Wertung der einzelnen Kompressorsysteme, es soll lediglich mit der Zusammenstellung der unter verschiedener Bedingungen ermittelten Versuchswerten dargetan werden, daß der Gütegrad des Großturbokompressors gleichviel welcher Bauart ein sehr günstiger ist.

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