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Nach Wiederaufnahme seiner einschlägigen Arbeiten im Jahre 1910 entschloß er sich jedoch, um schnell den Nachweis zu erbringen, daß die Erzeugung hochgespannten Dampfes keinerlei Schwierigkeiten biete, eine Kesselanlage nach bekannten Grundsätzen
für 60 at Ueberdruck ausführen zu lassen. Der Kessel wurde als engrohriger Wasserrohrkessel von der Schmidtschen Heißdampf-Gesellschaft entworfen und Von der Ascherslebener Maschinenbau - A.-G. vorm. W. Schmidt & Co. nach diesen Plänen gebaut und in Aschersleben aufgestellt. Er erhielt 1 m2 Rostfläche und 72 m2 gesamte Heizfläche einschließlich des Ueberhitzers und sollte stündlich bei einer Rostbelastung von 100 kg Steinkohle von 7500 kcal/kg etwa 700 kg bis auf 450o überhitzten Heiß
dampf von 60 at erzeugen. Der Aufbau des Kessels ist aus Abb. 2 bis 4 und den photographischen Aufnahmen Abb. 5 und 6 einmal mit und einmal ohne Mauerwerk zu erkennen. Die Wasserrohre des Verdampferteiles sind so angeordnet, daß die Verlängerungen der Rohrenden sich in einem Punkt des oberen Behältermantels schneiden. Die Rohre können also durch oben angebrachte Oeffnungen gereinigt oder herausgezogen werden. Da die Kesselwassertemperatur bei 60 at Dampfdruck mit 275° schon reichlich hoch ist, so daß eine ungenügende Abkühlung der Feuergase an den Verdampfungsheizflächen befürchtet werden müßte, wurde der letzte von den Feuergasen bestrichene Kesseltei als Vorwärmer ausgebildet und damit eine Abkühlung der Feuer
gase auf etwa 200° bei mäßiger Rostbeanspruchung erzielt. Die Dampf- und Wassersammler des Kessels sind nahtlos hergestellte Behälter. Der Kessel ist mit den üblichen groben und feinen Armaturen ausgerüstet. Die Dichtungsstellen aller unter Hochdruck stehenden Armaturen sind in Nickel ausgeführt. Der Hochdruckkessel hat bei seiner Inbetriebnahme im Jahre 1911 von vornherein allen Anforderungen entsprochen. Schwierigkeiten machten nur die Klingerschen Wasserstandsgläser, die sehr oft platzten. Durch Beschaffung eines stärker konstruierten Wasserstandgehäuses wurde dieser Uebelstand sehr gemildert. Einzelne Wasserstandsgläser von guter Beschaffenheit gestatten, den Kessel wochenlang zu betreiben, ohne daß sie springen. Die Hauptstörungen an den Wasserständen sind meistens auf die in den Schaugläsern beim Abblasen entstehenden Wärmespannungen zurückzuführen. Daher hat Wilhelm Schmidt vor kurzem einen mittelbar wirkenden Wasserstand angegeben, der in Abb. 7 schematisch dargestellt ist. Er besteht aus einer kommunizierenden Röhre, die an der tiefsten Abb. 7. Stelle mit einem spezifisch schwereren Stoff Wasserstand nach als Wasser, z. B. Quecksilber, angefüllt ist. Der eine Schenkel x mündet in den Dampf
Wilh. Schmidt.
raum des Oberkessels über dem höchsten Wasserstand, der andere ist mit dem Wasserraum unterhalb des niedrigsten Wasserstandes verbunden. Im Schenkel schlägt sich Dampf nieder, so daß diese Wassersäule stets genau gleich hoch ist
und kaltes Wasser enthält. Die Wassersäule in y über dem Quecksilber ist etwas niedriger und je nach der Höhe des Wasserstandes veränderlich; daher steht die Quecksilberkuppe im Schauglase z rechts etwas tiefer. Je höher der Wasserstand im Kessel ist, um so geringer ist dieser Unterschied. Im rechten Schenkel zeigt also die höchste Stellung der Quecksilberkuppe den höchsten, die niedrigste den niedrigsten Wasserstand an. Wegen des erheblich größeren spezifischen Gewichts des Quecksilbers ist natürlich der sichtbare Unterschied zwischen höchstem und niedrigstem Wasserstand wesentlich geringer als in Wirklichkeit, besonders, da die Aenderung der Höhenlage der Quecksilberkuppen von dem Stande des im Oberkessel befindlichen heißen Kesselwassers abhängig ist. Das spezifische Gewicht von Wasser bei 2750 beträgt z. B. 0,765, das von Quecksilber 13,6; für eine zulässige Aenderung des Wasserspiegels um 200 mm beträgt die Aenderung der Höhenlage der Quecksilberkuppe nur etwa 1/18, also nur 11 mm. Da sich der Wasserstandszeiger aber in Augenhöhe des Heizers anbringen läßt, und auch davor, falls erforderlich, Vergrößerungsgläser angeordnet werden können, dürfte diese sichtbare Veränderung durchaus genügen. Das Wasserstandsglas ist hierbei völlig kalt und keinerlei Temperaturänderungen unterworfen, so daß das Springen der Wasserstandsgläser ganz beseitigt sein dürfte. Zurzeit wird diese Vorrichtung erprobt.
Das Einwalzen der Kesselrohre bot keine Schwierigkeiten. Vorn am Verdampferteil sind während der ganzen Betriebszeit niemals Undichtheiten oder andre Störungen entstanden. Im Vorwärmerteil hat sich hin und wieder geringe Undicht
25. Juni 1921.
heit gezeigt, die durch Nachwalzen leicht behoben werden konnte. Das Speisewasser wird in den hinteren unteren Wassersammler eingeführt. Anfangs wurde zur tiefen Ausnutzung der Feuergase kaltes Wasser gespeist. Dadurch waren an der Innenseite des untern Wassersammlers in der Nähe des Wassereintritts die auch sonst bei Wasserrohrkesseln mit üblichen Drücken öfter beoobachteten Anfressungen entstanden, auch waren die Vorwärmerrohre unten an der Außen
seite durch Taubildung angerostet. Durch Vorwärmen des Speisewassers auf 60 bis 800 und durch eine andre Einführung desselben wurden weitere Beschädigungen des Wasserbehälters und der Wasserrohre vermieden.
Nach dreijähriger Betriebszeit, als eine neue Hochdruckmaschine mit höherem Dampfverbrauch aufgestellt wurde, vergrößerte man die Rostfläche des Kessels auf 1,44 m2, und bei angestrengtem Betrieb und gutem Kesselzuge wurde die Kesselleistung bis auf 1340 kg/h Dampf vermehrt. Die auf den Verdampferteil entfallende Dampfleistung wurde dadurch so hoch wie bei bekannten Hochleistungskesseln. Auch dieser angestrengte Betrieb hat dem Kessel nicht geschadet.
zur
Es mag zugegeben werden, daß der Kessel in seinem Aufbau noch etwas verbessert werden kann; jedoch kann mit Befriedigung festgestellt werden, daß er in den Jahren 1911 bis 1914 und 1916 bis 1918 bei den Ascherslebener Versuchen auch mit zeitweilig außergewöhnlich schlechtem Speisewasser gut gearbeitet hat. Nach Kriegsende konnte der Kessel ohne. Aenderung in der Wernigeroder Zweigniederlassung der Schmidtschen Heißdampf-Gesellschaft rigkeiten. Fortsetzung der während des Krieges zeitweise unterbrochenen Hochdruckversuche zusammen mit zwei neuen Versuchsmaschinen wieder aufgebaut und in Betrieb genommen werden. Ueber die Bewährung dieses Kessels, der bis jetzt überschläglich 14000 Heizstunden aufzuweisen hat, können die Revisionsbeamten des Bernburger und des Halberstädter Dampfkesselrevisionsvereins Auskunft geben. Besonders bemerkenswert dabei ist, daß der Kessel mindestens 1200- bis 1400 mal angeheizt worden ist, was bekanntlich wesentlich ungünstiger ist als eine wochenlange gleichmäßige Beheizung. Auf Grund
h
Kräftemaßstab
0,375 mm
= 1 at
5 mm
= 1 at
7,5 mm
der mit diesem Kessel gemachten Erfahrungen ist es jetzt
Die weiteren Schmidt-
Neben der Erzeugung so hoch gespannten Dampfes erregt auch dessen Fortleitung große Bedenken. Doch bietet diese erst recht keine SchwieDa das Dampfvolumen z. B. bei 60 at und 4000 nur etwa 0,05 m3/kg
Abb. 15. Versuch vom 16. April 1912.
genauere Werte sind noch nicht bekannt beträgt und dabei für den im Verhältnis zum Anfangsdruck anteilig gleichen Spannungsabfall dieselbe Dampfgeschwindigkeit anwendbar ist wie bei z. B. 10 at mit einem spezifischen Volumen von 0,315 m3/kg,
so erhalten die Dampfleitungen nur des Querschnittes für 10 at. Eine Leitung, die für 10 at Dampfdruck und das gleiche
1 6.3
Maßstab 1: 4.
Abb. 12 und 13.
Einlaẞventil aus dem Jahre 1912.
9 mm = 1 at
Dampfgewicht einen Durchmesser von 300 mm erhält, erfordert für 60 at nur noch 120 mm Dmr., wobei man durch sie bei 30 m/s Dampfgeschwindigkeit stündlich ein Dampfgewicht von 24 000 kg hindurchleiten kånn. Die Wand .der Rohrleitung braucht hierbei nur
4,5 bis 5 mm dick zu werden, die Rohre können also von üblicher Ausführung sein. Als Dichtmaterial wurde anfangs eine verhältnismäßig teure metallische Linsendichtung verwendet. Aber Klingerit hat sich später auch als durchaus brauchbar erwiesen. Auch hier sind besondere Schwierigkeiten nicht zu befürchten; die Sache wird um SO einfacher, als sich derart kleine Rohrflansche viel leichter dichten lassen als große.
Abmessungen: Dmr. des HD-Zyl.
>>
» ND-Zyl.
Die bis zum Ausbruch des Krieges ausgeführten
Versuchsmaschinen
und ihre Konstruktionseinzelheiten, sowie die Versuchsergebnisse.
Als im Jahre 1910 von Wilhelm Schmidt die Ausführung einer Hochdruckmaschine beschlossen wurde, waren für diese die gleichen Erwägungen wie für den Hochdruckkessel maßgebend, nämlich die, schnell zu einem praktischen Ergebnis zu kommen. Um daher die damals noch gefürchtete Stopfbüchsenfrage zu umgehen, wurde. die Maschine nach Art der bekannten einfach wirkenden Schmidtschen Heißdampf-Tandemmaschinen entworfen. Abb. 8 bis 11 zeigen Konstruktionseinzelheiten dieser Maschine Nr. 1.
140 mm 500 >>
Kräftemaßstab
Hub Uml./min
0,5 mm
= 1 at
7,5 mm
= 1 at
15 mm = 1 at
Abb. 21. Versuch vom 18. Juni 1913. Kesseldruck 45 at abs
600 mm 150
Abb. 17 bis 20.
Hochdruck-Heißdampf-Tandemmaschine Nr. 2 mit Kondensation aus den Jahren 1912/13. 150 Uml./min, Dampfdruck 45 at, 100 bis 120 PS¡.
Kräftemaßstab
0,5 mm =1at
7,5 mm
= 1 at
angeordneten, von Hochdruckdampf beheizten Zwischenüberhitzer zwischen den einzelnen Arbeitstufen und dem Aufnehmer vorgesehen. Wegen des hohen Anfangsdruckes und der hohen Frischdampftemperatur wurde für das Einlaẞventil die bewährte Doppelsitzventilbauart der Ascherslebener Ma
deutscher Ingenieure.
Abb. 23
Versuch vom 20. Juni 1913 Kesseldruck 34 at abs.
25. Juni 1921.
Im Jahre 1912 wurden dann eine Reihe Versuche mit und ohne Zwischenüberhitzung und bei verschiedenen Anfangspannungen und Dampftemperaturen durchgeführt. Die Ergebnisse von dreien dieser Versuche sind in Zahlentafel 1 in den Spalten 6 bis 8 und die photographischen Verkleinerungen zugehöriger Indikatordiagramme in Abb. 14 bis 16 wiedergegeben.
Diese Versuche hatten indes zunächst nicht das erhoffte Ergebnis. Der Betrieb der Maschine bei diesen Dampfspannungen und Temperaturen machte zwar keine Schwierigkeiten, aber es war im günstigsten Fall nur ein Wärmeverbrauch von 2500 kcal/PSih erhalten worden. Diese Verminderung der Wärmeersparnis war gegenüber der von Heilmann in der Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure im Jahre 1911 veröffentlichten Zahl von 2670 kcal, siehe Spalte 5 in Zahlentafel 1, mit 6,36 vH nicht groß genug, um an eine erfolgreiche Einführung des Hochdruckdampfes denken zu können. Die Untersuchung der Indikatordiagramme ergab, daß der Spannungsabfall am Ende der Expansion im Hochdruckzylinder zu groß ausgefallen war.
Das kam
von dem ungewöhnlichen Zylinderverhältnis her, welches mit 1:11,72 gewählt worden war, um den Gestängedruck möglichst klein zu halten. Ein geringer Spannungsabfall ist zwar immer zweckmäßig, aber bei dieser Versuchsmaschine war man damit zu weit gegangen. Auch war die Ueberhitzung des Frischdampfes für den in einer Stufe angewendeten Expansionsgrad noch zu niedrig.
Zur Erzielung weiterer Fortschritte wurde die Maschine mit einem Hochdruckzylinder von 180 mm Dmr. ausgerüstet, s. Abb. 17 bis 20. Der Anfangsdruck konnte allerdings dann nur bis auf 45 at gesteigert werden, um das vorhandene Gestänge nicht zu stark zu belasten.
Maßstab 1: 25.
Abb. 26 bis 29. Versuchsmaschine Nr. 4 aus den Jahren 1913/14. Hochdruck dampfmotor für Auspuffbetrieb, 100 mm Zyl.-Dmr., 100 mm Hub, rd. 1500 Uml./min, 60 at Betriebsdruck,
zwei Aufgaben zugedacht. Einmal sollten sie als Vorschaltstufe für Niederdruckturbinen dienen und mit diesen unmittelbar oder durch ein Zahnradvorgelege gekuppelt werden; das andere Mal sollten sie als Auspuffmaschine oder mit niedrigem Gegendruck arbeiten, um den Abdampf für Heizzwecke verwerten zu können und dadurch im Verein mit cinem explosionssichern Schlangenrohrkessel eine Dezentralisation der Kraftbetriebe, z. B. eine Kraftversorgung und Beheizung von Häuserblöcken in Städten zu ermöglichen.
deutscher Ingenieure.
Das Interessanteste an diesen Maschinen ist die dampfgesteuerte Einlaßsteuerung, deren Grundgedanke bis auf Anfang der 90er Jahre zurückliegende Arbeiten Schmidts zurückzuführen ist. Schon die in Z. 1895 S. 5 von Professor M. Schröter veröffentlichte erste Schmidtsche Heißdampf-Tandemmaschine, die von Beck & Henkel in Cassel gebaut und bis vor einigen Jahren bei der Gunebo Brucks Aktiebolag, Verkebäck in Schweden, in Betrieb war und demnächst im Deutschen Museum in München aufgestellt werden wird, war mit einer ähnlich wirkenden Steuerung versehen. Damals erfolgte die Füllungsregelung durch Verstellung des Ventilhubes, während bei der neuen verbesserten Ausführungsart W. Schmidt den Ventilhub unverändert läßt, dafür aber den über dem Ventil ruhenden Druck des Treibmittels selbst, der vom Regulator eingestellt wird, zur Füllungsregelung benutzt. Durch die neue Regelungsart können von einem Regler aus eine große Anzahl Ventile, ganz gleich, ob sie an einem oder an mehreren Zylindern angebracht sind, beeinflußt werden. Nach mehrfachen Wandlungen hat diese selbsttätige Einlaßsteuerung durch den Verfasser die in Abb. 30 bis 32 dargestellte Ausbildung erhalten.
·
Die Steuerung hat folgende Wirkungsweise: Der Ventilteller a gleitet auf dem Führungszapfen 6. Im Todpunkt der Maschine ist das Ventil unter dem Einfluß der Kompression geöffnet. Im Raume c über dem Ventil wird ein etwas geringerer Druck gehalten als im Dampfeinlaßgehäuse des Arbeitszylinders. Der Dampf strömt durch den Spalt d in den Zylinder ein. Da dieser Spalt verhältnismäßig klein ausgeführt wird, entsteht durch die zunehmende Kolbengeschwindigkeit im Zylinderinnern und damit auch unter dem Ventil ein durch Drosselung hervorgerufener geringer Unterdruck. Ueberwiegt der Druck über dem Ventil den unter dem Ventil herrschenden Druck, so wird es zugesaugt. Die Ventile, von denen aus verschiedenen Gründen für jeden Zylinder mehrere vorgesehen werden, erhalten je nach der Umdrehungszahl der Maschine