Titel: HEIRICH: Neuerungen an Hydrokompressoren.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1914, Band 329 (S. 100–102)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj329/ar329024

Neuerungen an Hydrokompressoren.

Von Dipl.-Ing. Heirich.

Im Jahrgang 1910 S. 566 ff. veröffentlichte Oberingenieur Bernstein ein Referat, das er auf dem V. Bergbaukongreß in Düsseldorf über hydraulische Kompressoren erstattet hatte. In diesem Referat beschreibt Bernstein (S. 580 ff.) unter andern Anlagen auch den hydraulischen Kompressor der Rheinisch Nassauischen Bergwerks- und Hütten-A.-G. auf Grube „Holzappel“ bei Laurenburg a. d. Lahn.

Die Abbildung zeigt die Konstruktion dieses Hydrokompressors. Dieser ist in dem Mittelschacht, der heute nur noch als Förderschacht benutzt wird, an Stelle einer früheren Wassersäulenmaschine eingebaut. Das Triebwasser wird aus mehreren, obertags angelegten Teichen, die das Niederschlag- und Quellwasser der Umgebung von „Holzappel“ sammeln, entnommen und durch eine 500 m lange, gußeiserne Rohrleitung von 300 mm l. W. dem Hydrokompressor zugeführt. 117 m unter dieser Zufuhrstelle führt ein 2000 m langer Stollen zur Lahn, der als Abflußkanal dient, so daß ein Wassergefälle von 117 m nutzbar gemacht wird. Unterhalb dieser 117 m ist ein System kommunizierender Röhren, bestehend aus dem Fallrohr von 131 m l. W., dem Luftabscheider von 880 mm l. W. und dem Steigrohr von 140 mm l. W. eingebaut. Das Steigrohr besaß eine Länge von 62 m, so daß im Luftabscheider ein Wasser- bzw. Luftdruck von 62 m Wassersäule, also rund 6,2 at vorhanden war. Der Luftabscheider ist mit einem im -Stollen verlegten Luftsammler von 350 mm l. W. und 95 m Länge verbunden, und dieser an die Hauptdruckluftleitung angeschlossen, die von einem obertags installierten mechanischen Kompressor von 300 PS gespeist wird.

Oberingenieur Bernstein hat im Jahre 1910 Nutzeffektmessungen an diesem Hydrokompressor ausgeführt. Die gelieferte Luftmenge wurde durch Aufpumpen des oben erwähnten Luftsammlers, der zu diesem Zweck von der Hauptdruckluftleitung abgetrennt war, aus der zeitlichen Spannungszunahme am Kontrollmanometer berechnet. Für die Wassermessung wurde ein gemauertes Ausgußbassin benutzt, das zwischen zwei angebrachten Marken geeicht war. Die Resultate dieser Messungen sind in der nachstehenden Tabelle zusammengestellt.

Gefälle = 117 m, Luftpressung = 6,2 at,

Lis = 19,70 mkg/l Luft, Lad = 26,67 mkg/l Luft.

Wasser-
menge
l/Sek.
Wasser-
leistung
PS
Luft-
menge
l/Sek.
Kompressions-
leistung

Gütegrad
isoth. adiab. isoth. adiab.
18,0 28,4 7,2 18,9 25,6 0,66 0,90
30,5 47,6 10,8 28,5 38,5 0,60 0,81
32,2 50,2 11,2 29,5 40,0 0,59 0,80
35,7 55,6 11,4 29,9 40,4 0,54 0,73

Zu dieser Tabelle ist zu bemerken, daß die Nutzeffektberechnung nach der adiabatischen Formel keinen Zweck hat, sie könnte sogar zu einer, der Tatsache nicht entsprechenden zu günstigen Beurteilung des Hydrokompressors verleiten. Der hydraulische Kompressor komprimiert die angesaugte Luft nicht adiabatisch, wie der mechanische Kompressor, sondern isothermisch. Thermometermessungen beweisen dies. Die Luft wird durch den Sauger strahlenförmig von dem einströmenden Triebwasser angesaugt, mischt sich mit dem im Fallrohr abwärts fallenden Wasser in Blasenform, wobei sie die Temperatur des Wassers annimmt und beibehält. Die Kompression der unzählig vielen vom Wasser vollkommen umgebenen Luftblasen erfolgt also bei vollkommener Kühlung. Daher ist das Kraftbedürfnis dieser vollkommen isothermischen Kompression, d. i. der Kompression ohne Wärmeentwicklung wesentlich geringer, als das der adiabatischen Kompression, d. i. der Kompression mit gleichzeitiger Erwärmung der erzeugten Preßluft. Legt man also das nach der Adiabate berechnete Kraftbedürfnis der Berechnung des Wirkungsgrades eines Hydrokompressors zu Grunde, so rechnet man mit einem größeren Kraftbedürfnis als der Hydrokompressor tatsächlich besitzt, der berechnete Nutzeffekt fällt also größer aus als er tatsächlich ist. Bei den weiteren Erörterungen ist daher stets nur von dem isothermisch berechneten Wirkungsgrad bzw. Nutzeffekt die Rede.

Oberingenieur Bernstein hat den Kompressor bei seinen Messungen mit verschiedenen Wassermengen, also verschiedenen Leistungen bei konstantem Gefälle arbeiten lassen. Inzwischen hat die Grubendirektion den |101| Kompressor auf einen ständigen Wasserzufluß von 25 l/Sek. eingestellt, da diese Wassermenge in den Sammelteichen ständig durch das Niederschlag- und Quellwasser der Umgebung ersetzt wird. Der Kompressor arbeitet also heute mit einer konstanten theoretischen Wasserleistung von . Nach der obigen Tabelle des Oberingenieur Bernstein ist bei dieser Leistung ein Wirkungsgrad von 0,63 anzunehmen, so daß die effektive Leistung des Kompressors nach der Messung von Bernstein 39 × 0,63 = 24,6 PS betrug.

Textabbildung Bd. 329, S. 101

Im Monat Juni v. J. veranlaßte die Firma Franz Clouth eine Besichtigung des Kompressors in Begleitung der Beamten der Rheinisch-Nassauischen Bergwerks- und Hütten-A.-G., Berginspektor Meier in Stolberg und Grubendirektor Patzschke, Laurenburg, Hierbei zeigte sich, daß der Kompressor sowohl in der Konstruktion der Luftansaugung als auch in derjenigen der Luftabscheidung theoretische Fehler hatte, nach deren Beseitigung eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit unbedingt zu erwarten stand. Die erforderlichen Abänderungen an dem Luftsauger und Luftabscheider wurden nach Angaben des Verfassers durch die Bergwerksdirektion Laurenburg ausgeführt, und dann der volumetrische Wirkungsgrad, d. i. das Verhältnis des vom Kompressor tatsächlich angesaugten Luftvolumens zur theoretischen, aus der Wasserleistung nach der Isotherme berechneten Luftmenge festgestellt.

Um die angesaugte Luftmenge mittels Anemometer messen zu können, wurde auf den Saugkopf ein luftdichtschließender Blechtrichter aufgebaut, dessen oberer zylindrischer Teil einen Durchmesser von 250 mm hatte. Die Triebwassermenge wurde, wie oben beschrieben, durch Anfüllen des Ausgußbassins gemessen, und die Berechnung ergab einen volumetrischen Wirkungsgrad von 0,90.

Zur Verbesserung der Luftabscheidung wurde unter den bereits vorhandenen Luftabscheider ein zweiter eingebaut, das Steigrohr entsprechend verlängert, und die Luftabnahme so eingestellt, daß der Kompressor ständig mit einer Spannung von 6,5 at Ueberdruck arbeitet. Zu diesem Zweck ist hinter den Luftabscheider in die Luftabnahmeleitung ein Drosselventil eingebaut, das so eingestellt ist, daß ein vor diesem Ventil angeschlossenes Kontrollmanometer eine konstante Luftspannung von 6,5 at zeigt.

An das Drosselventil war zur Messung der ausströmenden Preßluft eine Ausblaseleitung von 50 mm 1. W. angeschlossen, die an ihrem entgegengesetzten Ende trichterförmig auf 75 mm 1. W., den Durchmesser des benutzten Anemometers, erweitert war, so daß die nahezu auf Atmosphärendruck expandierte Preßluft durch das Anemometer ins Freie ausströmte. Mehrere Messungen ergaben, daß das ausströmende Luftvolumen 90 v. H. der am Saugkopf gemessenen einströmenden Luftmenge betrug, 10 v. H. also durch Undichtigkeit verloren gingen.

Der Lieferungsgrad, also das Verhältnis der tatsächlich gelieferten zur tatsächlich angesaugten Luftmenge betrug somit 0,90 und damit der mechanische Wirkungsgrad, das ist das Verhältnis der tatsächlichen Nutzleistung zur theoretischen Wasserleistung, 0,90 × 0,90 = 0,81.

Zur Kontrolle der Anemometermessung wurde noch eine Meßkesselmessung gemacht, bei welcher der obenerwähnte Luftsammler von 350 mm 1. W. und 95 m Länge als Meßkessel diente. Diese Messung ergab gegenüber der Anemometermessung eine kleine Differenz von 0,04 m3/Min., die belanglos ist und auf Undichtigkeit des aus 32 Rohren zusammengesetzten Luftsammlers zurückgeführt werden kann.

Oberingenieur Bernstein hat seinerzeit, wie bereits oben gesagt, ebenfalls durch eine derartige Meßkesselmessung den mechanischen Wirkungsgrad bestimmt, der aus seiner Tabelle bei der nunmehr konstanten Triebwassermenge von 25 l/Sek. zu 0,63 anzunehmen ist – durch den Umbau des Kompressor-Saugkopfes und Abscheiders ist also eine Verbesserung des Wirkungsgrades um 0,81 – 0,62 = 19 v. H., und damit eine Steigerung der Leistung von 24,6 PS auf 31,6 PS, also um 7,0 PS = rund 30 v. H. erzielt worden.

Die tatsächliche, durch Einstellung des Wasserschiebers auf 25 l/Sek. konstant erhaltene Leistung des Hydrokompressors auf Grube Holzappel beträgt also heute 31,6 PS eff. bzw. 81 v. H. der zur Verfügung stehenden Wasserkraft. Das Fallrohr ist aus einzelnen Flanschenrohren um je 3,0 m Baulänge zusammengesetzt. Die Abscheidekessel sind genietet, und ihre Rohranschlüsse mittels Flanschen verschraubt. Die Preßluft hat Wassertemperatur, ist also kalt und bläst aus, wo nur die geringste |102| Undichtigkeit vorhanden ist. Bei heißer Luft oder Dampf werden diese kleinen Undichtigkeiten durch die Wärmeausdehnung des Materials während des Betriebes beseitigt, bei kalter Preßluft aber findet infolge der Kälteentwicklung der ausströmenden Preßluft das gerade Gegenteil statt. Bei den vielen Flanschendichtungen des Laurenburger Kompressors ist es also ohne weiteres verständlich, daß das gelieferte Luftvolumen kleiner ist als das angesaugte. Erfahrungen an späteren Kompressoranlagen haben ergeben, daß man mit autogener Schweißung eine absolute Dichtung auch bei Kaltluft erzielt, so daß das Lieferungsvolumen dem Ansaugevolumen gleichkommt. Würde man daher an Stelle der Flanschenverbindungen des Laurenburger Kompressors die Rohranschlüsse usw. schweißen, so wäre auch hier eine tatsächliche Nutzleistung von 90 v. H., also 39,0 × 0,9 = 35 PS zu erreichen.

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