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Natürlich muß die örtliche Heizung so bemessen werden, daß sie bei mittlerer Außentemperatur und Luftleere die Räume genügend erwärmt. Da der Unterdruckabdampf, dem kein Arbeitswert mehr innewohnt, als kostenlose Wärme anzusehen ist, arbeiten solche Heizungen abgesehen von der Abschreibung ganz kostenlos, und eine bessere Wärmeausnutzung bei allmählich sinkender Temperatur ist kaum denkbar: Abhitze, Abhitzedampf, Kraftbetrieb, Auspuff, Abdampfturbine, Unterdruck-Abdampfheizung, der sich auf noch tiefere Temperatur herab, rd. 20 bis 30o, die Erdbodenheizung anschließen könnte.
Die Wärme ist dann in den Ausgangszustand zurückgeführt, eine weitere nutzbare Senkung nicht mehr möglich. Abb. 1 zeigt, wie die Wärme, anstatt zur Vernichtung in den Kühlturm zu wandern, zur Befriedigung menschlichen Bedarfes dient.
Ein wichtiges Schlußglied in der Kette der Wärmeumformungen, -senkungen und -verbindungen ist die Sammlung der im Kondensat enthaltenen, jetzt meist verloren gehenden Wärme. Die zur Rückgewinnung dieser Wärme geschaffenen Anlagen sind immer lohnend, da sie rd. % der aufgewendeten Wärme zurückliefern. Da durch die oft zahlreichen Wasserabscheider, die immer undicht sind, viel Wärme verloren geht, so empfiehlt es sich, das Kondensat gruppenweise durch Kolbenpumpen abzusaugen, die das heiße Wasser, ohne daß es mit Luft in Berührung kommt, mit der vollen Wärme unmittelbar in die Dampfkessel zurückdrücken.
Wärmeschutz beheizter Räume.
Ein wichtiger wärmewirtschaftlicher Gesichtspunkt tritt noch bei der Raumheizung auf. Ein beheiztes Gebäude ist wie ein frierender Mensch, für den es mehrere Möglichkeiten gibt, das Kältegefühl zu beseitigen und Wärmezufuhr und Wärmeabgabe in Uebereinstimmung zu bringen: entweder größere Wärmeentwicklung, oder verstärkten Umlauf der Wärmeflüssigkeit, oder Schutz vor Wärmeabgabe, also entweder mehr und reichere Nahrung, oder Bewegung, oder Anlegen dickerer, wärmedichterer Bekleidung.
Man sollte deshalb schon beim Bau eines Hauses auf genügend dicke Wände, Bekleidung mit wärmedichten Stoffen,
Kondensations Vakuumpumpe
Abb. 3. Auspuffheizung mit Wärmespeicherung.
Bei Heizungen wenden wir gewöhnlich nur die beiden ersten Mittel an, indem wir mehr und besseren Brennstoff aufgeben und die Bewegung des Heizmittels durch größeren Druck beschleunigen. Die dritte Möglichkeit der wärmedichteren Umschließung der beheizten Räume wird ganz selten angewendet, obwohl sie die sparsamste ist; vermindern wir die Wärmeabgabe nicht, so treiben wir nur Wärmeverschwendung auf Umwegen.
dichten Schluß aller Fenster und Türen, aller Fugen und Ritzen und dergl. hinarbeiten und die Gebäude nachträglich und oft auf ihren guten Zustand prüfen. Diese einfache, naheliegende Forderung hat man in Druckschriften und Vorträgen schon oft gestellt, aber leider nur selten befolgt, sie bildet aber eine der wichtigsten Bedingungen der billigen Beheizung.
Ein wichtiger Punkt in der Wärmewirtschaft ist auch ler Schutz gegen Wärmeverluste bei Wärmefernleitungen. Die Isolierung ist bisweilen sehr schlecht, Leitungen, die Erschütterungen ausgesetzt sind, sind mitunter überhaupt nicht isoliert, Flanschkappen werden selten benutzt. Leider gibt es noch keine einfachen, sicheren und im Betrieb sofort anwendbaren Verfahren zur Prüfung von Isolierstoffen, infolgedessen ist die Praxis gezwungen, die unter den verschiedenartigsten Phantasienamen angebotenen, häufig minderwertigen Kieselgurmischungen zu verwenden. Erwünscht wäre es, eine Normalisolierung festzusetzen und diese mit anderen, namentlich fertigen Isolierungen schnell vergleichen zu können. Der Mangel tritt besonders bei der Beurteilung älterer Isolierungen hervor, die mit Rücksicht auf den jetzigen hohen Wärmepreis verhältnismäßig schlecht und verbesserungsbedürftig sind. Das unter Leitung von Dr.-Ing. Hencky stehende Forschungsheim für Wärmewirtschaft in München befaßt sich mit der Untersuchung von Wärmeschutzmitteln, ermittelt ihre Wärme
leitzahl und stellt die Abnahmebedingungen dafür auf.
Die Abkühlverluste in gut isolierten Wärmefernleitungen betragen bei niedrigen Außentemperaturen
bei Hochdruckdampf etwa 3 VH der nutzbar
› Unterdruckdampf
5,2 >
Warmwasser
> 3,25 >
deutscher Ingenieure.
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bei Warmwasser können aber die Verluste auf etwa 6 vH steigen, wenn man längeren Stillstand einrechnet. Die Verluste der Kondensatfernleitungen betragen gewöhnlich nur 1 bis 3 vH der größten im Beharrungszustand geförderten Wärmemenge. Man sieht aus diesen Zahlen, daß bei Wärmefernleitungen der Wärmeverlust bei voller Belastung der Leitungen nur verhältnismäßig gering und der thermische Wirkungsgrad dem aller anderen wärmetechnischen Einrichtungen weit überlegen ist. Welche Isolierung im gegebenen Fall die wirtschaftlich günstigste ist, hängt von der Isolierwirkung und den Anlagekosten ab und muß bei langen Fernleitungen untersucht werden. Die Grenze der wirtschaftlich zulässigen Reichweite einer Wärmefernleitung ist von der Grenze der Wärmewirtschaftlichkeit dieser Leitung zu unterscheiden. Z. B. kann eine Fernleitung wohl wärmewirtschaftlich, aber nicht geldwirtschaftlich sein, und die Grenze der Fernleitung liegt dort, wo die Rücksicht auf Wärmeersparnis von der Rücksicht auf den Aufwand überholt wird.
7. Mai 1921.
Wärme an benachbarte Verbraucher oder Fernleitung nach Gebäuden, Stadtteilen usw. übrig, wofür die Verhältnisse aber nur selten günstig liegen. Entweder sind die Entfernungen zu groß, oder man kann die Heizanlagen ohne kostspielige, oft schwer durchführbare Aenderungen nicht anschließen. Da aber für die Wärmelieferung hohe Preise bezahlt werden und dem Werk hieraus eine gute Einnahme erwächst, der fast gar keine Ausgaben gegenüberstehen, so muß in solchen Fällen nach einer Lösung gesucht werden, vielleicht durch Verwendung von Anzapfdampf, wenn höhere Drücke nötig sind, oder von Warmwasser, wenn große Entfernungen zu überwinden sind.
Wärme aus mechanischer Arbeit.
Große Wärmemengen werden auch aus der Arbeit frei, die den Räumen in Form von elektrischem Strom oder durch Transmissionen zugeführt wird; diese Wärme kann bis zu 50 vH, bei milder Witterung über 100 vH des Wärmebedarfs der Räume betragen. Durch thermostatische Regelung der Raumtemperatur, besonders bei großen Werkstätten, lassen sich die der Fremdwärme entsprechenden Mengen an Heizwärme sparen, indem man nur so viel Heizwärme zusetzt, als zur Deckung eines etwaigen Wärmemangels nötig ist. Einige große Werke der Eisenindustrie sollen jetzt auf diese Weise wärmewirtschaftlich verbessert werden.
Ueberschreitungen der Enddrücke in Ferndampfleitungen, die immer erhöhte Wärmeverluste mit sich bringen, werden durch elektrisch - manometrische Fernregelung verhindert. Aehnlich verfährt man bei Bemessung der Heizzeiten, indem mit Schichtschluß durch eine Schaltuhr die Heizungen abgestellt und erst vor der neuen Schicht wieder angestellt werden.
Beispiele für erzielte Wärmeersparnis.
Bei dem großen Kohlenbedarf der Hüttenindustrie sind die Ersparnisse und Gewinne, die sich durch Umstellung auf geordnete Wärmewirtschaft ergeben, sehr groß, wie die folgenden Beispiele zeigen.
Bei einem Werk ergaben die Messungen, daß die Abhitze zweier Glühöfen genügt, um den Dampf für 23 Verbrauchstellen, darunter eine Gaserzeugerbatterie, eine Beize, alle Waschkauen und 15 Gebäudeheizungen zu liefern. Die Temperatur der Abgase beträgt 766o, die Heizfläche des Abhitzekessels bei voller Ausnutzung der Wärme 350 m2, die Heizfläche eines Rauchgasvorwärmers 200 m2. Die Abwärmeanlage wird mit unmittelbarem Saugzug eingerichtet, zu dessen Betrieb ein 81/2 PS-Motor notwendig ist. Die jetzigen Kosten für Frischdampf für die genannten Zwecke betragen 335 000 M jährlich, die Kosten der Neueinrichtung werden in 2 Jahren getilgt sein; von da ab arbeitet die Abwärmeanlage ziemlich kostenlos, so daß jährlich etwa 275000 M erspart werden.
Außer der Abwärme der Glühöfen steht für späteren Ausbau noch die Abhitze von 4 oder 6 großen Oefen zur Verfügung, bei deren wärmewirtschaftlicher Auswertung noch soviel Dampf gewonnen werden könnte, daß das Werk den Strom, der jetzt von auswärts bezogen wird, selbst erzeugen und sogar Strom abgeben könnte. Der jährliche Gewinn würde dann auf rd. 2 Mill. M steigen.
Bei einem anderen Werk erhält die gesamte Heizung mit über 14 Mill. kcal/h Wärmebedarf bei kaltem Wetter ausschließlich Frischdampf; die vielen Warmwasserbereiter erfordern jährlich für rd. 250 000 M Frisch dampf, und das Kondensat läuft größtenteils unbenutzt in die Schleusen. Die wärmewirtschaftliche Bearbeitung ergab, daß sich die vorhandenen Heizungen nach gewissen Aenderungen mit dem Anzapfdampf zweier Dampfmaschinen und eines Dampfkompressors betreiben lassen. Diese wurden, was in einfacher Weise möglich war, mit Aufnehmeranzapfung versehen und liefern soviel Anzapfdampf von 2 at Ueberdruck, daß nach Anlage einiger neuer Fernleitungen die gesamte Heizung damit betrieben werden kann. Die Reichweite der Heizung beträgt 650 m, die Fern dampfleitungen liegen fast ausschließlich in beheizten Räumen.
durch Einbau von Abhitzekesseln die Stochkessel wesentlich entlastet, nach vollständigem Ausbau ganz ausgeschaltet werden können. Ein kurzer Schmiedeofen, der bereits mit Abhitzekessel versehen ist, liefert den größten Teil des Frischdampfes für die zahlreichen Hämmer; ihr Abdampf wird in einer Abdampfturbine noch zur Krafterzeugung ausgenutzt, deren Abdampf bei der bevorstehenden wärmewirtschaftlichen Ausgestaltung der umfangreichen Warmwasserbereitungen verwertet werden wird.
Eingehende Versuche an dem erwähnten Schmiedeofen haben ergeben, daß sein Wirkungsgrad, soweit Blockerwärmung in Frage kommt, nur 6,3 vH beträgt, daß also 93,7 VH des Kohlenheizwertes durch Strahlung, Aschen- und Schlackenverlust sowie in den Verbrennungsgasen verloren gehen, die allein 73,5 vH der Wärme enthalten. Nach Einbau des Abhitzekessels beträgt die Rauchgastemperatur hinter dem Kessel nur noch 182o, der Schornsteinverlust nur noch 8,40 vH, und 55 bis 60 vH des früheren Abgasverlustes werden im Abhitzekessel zurückgewonnen. Für Dampferzeugung, Vorwärmung des Speisewassers und Dampfüberhitzung werden 59,2 vH des früheren Verlustes ausgenutzt, die Gesamtausnutzung der Kohlen ist also auf 59,2 + 6,3 65,5 vH gestiegen, die jährliche Kohlenersparnis beträgt in zweischichtigem Betrieb 670 t. Durch selbsttätige. elektrische Fernregler werden die wärmesparenden Einrichtungen von der Bedienung unabhängig; insgesamt errechnen sich die Gesamtvorteile auf jährlich 22 Mill M, während für die Umänderungen rd. 4 Mill. M in Aussicht genommen sind; die Abwärmeverwertung wirkt also hier besonders günstig.
Bei einem dritten Werk liegen die Verhältnisse folgendermaßen: Der Dampf zum Betrieb der Dampfhämmer und Dampfpressen wird teils in Stochkesseln, teils in Abhitzekesseln gewonnen, der Auspuff geht nach einer Abdampfturbine, deren Abdampf in Zukunft für die Warmwasserheizung einiger Gebäude ausgenutzt werden soll. Die Wärmeaustauschfläche zur Entnahme der Wärme aus dem Abdampf soll unmittelbar in die Abdampfleitung, die 1,60 m Dmr. hat, eingebaut werden, so daß diese Heizfläche ständig im vollen Dampfstrom liegt. Bei strenger Kälte wird das Heizwasser mit Auspuffdampf erwärmt, was allerdings einen jährlichen Verlust von 11000 M Arbeitswert zur Folge hat.
Gleichstromdampfmaschine
mit Hochhub-Düsen tellerventil und Steuer welle doppelter Drehzahl.1)
Von Prof. Dr.-Ing. e. h. J. Stumpf, Berlin.
Verringerung der schädlichen Räume und Flächen von Gleichstrom-Dampfmaschinen durch Ausführung der Einlaßventile als Hochhub-
Düsentellerventile
Die Verluste in der Dampfmaschine entstehen durch die Zylinder-Kondensation (Flächenschaden), den schädlichen Raum (Raumschaden), Drosselung, Reibung, Undichtheit, Wärmestrahlung, Wärmeleitung und unvollständige Expansion.
Die Möglichkeit, diese Schäden auf ein Mindestmaß herabzudrücken, ist durch die ist durch die Gleichstromdampfmaschine mit Tellerventil und Steuerwelle doppelter Drehzahl, Abb. 1 bis 7 gegeben.
Das hervorstechendste Merkmal des Gleichstrom dampfzylinders nach Abb. 1 ist das überraschend kleine Hochhub
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Düsentellerventil. Die kleinen Abmessungen dieses Ventils werden durch Verwendung einer Steuerwelle ermöglicht, die mit der doppelten Drehzahl der Hauptmaschinenwelle umläuft, Abb 2. Für eine mittlere Füllung von 10 vH würde die Exzenterbewegung bei einfacher Drehzahl der Steuerwelle einen höchsten Ventilhub geben, während sich bei doppelter Drehzahl, bei der der Zentriwinkel a auf 2 a vergrößert wird, der vierfache Ventilhub h ergibt. Infolgedessen kann ein Doppelsitzventil von 200 mm Dmr. durch ein Tellerventil von 100 mm Dmr. bei entsprechender Verminderung des schädlichen Raumes und der schädlichen Flächen ersetzt werden.
Abb. 2. Steuerdiagramm.
Ableitung der Ventilbewegung.
Die Ventilbewegung wird von einem auf der Steuerwelle doppelter Drehzahl sitzenden Exzenter abgeleitet, dessen Hub und Voreilung durch einen Achsenregler verstellt werden, Abb. 3. Am zweckmäßigsten ist die Anordnung von Drehexzentern. Die Exzenterbewegung wird durch einen Zwischenhebel und einen an der Haube gelagerten Winkelhebel mittels Schubkurve auf das Tellerventil übertragen. Der erwähnte Zwischenhebel ist als Exzenterring ausgebildet, der auf eine feste Exzenterscheibe aufgesetzt ist. Diese dreht sich mit der Drehzahl der Hauptmaschinenwelle. Bei der den größten Ventilhub ergebenden äußersten Stellung des Hauptexzenters möge das Hilfsexzenter der zweiten Steuerwelle in der entgegengesetzten äußersten Stellung stehen und so den Ventilhub vergrößern helfen. In der nächsten gleichen Stellung des Hauptexzenters ist das Hilfsexzenter in der entgegengesetzten Lage angekommen, so daß sich die Wirkungen der beiden Exzenter voneinander subtrahieren. Die resultierenden Ventil
1) Auszug aus des Verfassers Buch Die Gleichstromdampfmaschine«, 2. Aufl., München 1921, R. Oldenbourg.
deutscher Ingenieure.
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Abb. 3. Antrieb der Steuerung.
doppelten Zylinderquerschnitt, angenommen, so betragen in diesem Fall die durch das kleine Hochhub-Düsen tellerventil bedingten zusätzlichen schädlichen Flächen nur 3 bis 5 vH davon.
Verringerung des Flächenschadens.
Der Flächenschaden wird durch diese Maßnahme in Verbindung mit den vorteilhaften Eigenschaften, die der Gleichstrom an und für sich bietet, in günstigster Weise beeinflußt. Die günstigen Eigenschaften des Gleichstroms an und für sich gehen aus einem von Prof. Dr. Någel in Dresden an einem Gleichstromzylinder der dortigen Hochschule aufgenommenen Temperaturdiagramm, Abb. 5, hervor. Nur die Deckel (nicht der Laufzylinder) waren mit Mantel versehen. Die Maschine wurde mit außergewöhnlich gu ter Luftleere betrieben. Trotz dieser guten Luftleere sank die Temperatur während der Auslaßströmung an der am Deckel befindlichen Meßstelle nicht unter 100o. Durch die weitgehende Temperaturerniedrigung wäh
rend des Auslasses und durch die Entstehung eines bedeutenden Fenchtigkeitsgehaltes im Dampf bis zu etwa 20 vH wird die Wärme des Deckelheizdampfes zu einer energischen
Abb. 4. Zeunersches Polar-Steuerungsdiagramm. Halbmesser des kleinen Kreises = äußere Deckung = 3 mm Halbmesser des großen Kreises = äußere Deckung + Kanalweite
7. Mai 1921.
Ueberströmung in den noch im Zylinder verbliebenen Restdampf veranlaßt. Von dieser überströmenden Heizwärme geht fast nichts nach dem Auslaß verloren. Der zurückkehrende Kolben sammelt diese übergeströmte Wärme durch Verdichtung des zurückgebliebenen Dampfes auf etwa 2,5 bis 3 at, entsprechend einer Größe des schädlichen Raumes von 3,3 vH. Die folgende Verdichtung vollzieht sich zunächst auf dem Wege der Sättigungsadiabate. an die sich die Ueberhitzungsadiabate eckig anschließt. Diese ergibt die überraschend hohe Kompressions Endtemperatur von 510°. Die Voreinströmung veranlaßt einen Temperatursturz bis auf die Frischdampftemperatur von 262o. Am Ende der Füllung schließt sich die Ueberhitzungs-Expansions adiabate und dann mit einem Knick die Sättigungsadiabate an. Diese wird in ihrem letzten Verlauf durch den einsetzenden Heizwärmestrom gehoben, bis der Auslaß wieder eine Temperatursenkung bewirkt, der aber durch den immer schärfer einsetzenden Heizwärmestrom entgegengewirkt wird.
Verringerung des Raumschadens.
Der Raumschaden wird durch die Größe des schädlichen Raumes, des Anfangs- und Gegendruckes, des mittleren Druckes und der Kompressionslänge bestimmt. Der schädliche Raum übt den entscheidenden Einfluß aus. Ist der schädliche Raum 0, so wird auch der Raumschaden 0, gleich viel wie groß Anfangsdruck, Gegendruck, mittlerer Druck und Kompressionslänge sind. Auf dieser Erkenntnis ist der neue Gleichstrom Dampfzylinder mit Hochhub Tellerventil aufgebaut. Er hat einen schädlichen Raum von 3/4 bis 1 vH, ein Betrag, der den Raumschaden trotz der einstufigen Expansion und des hohen Druckgefälles auf eine sehr geringe Größe herabdrückt. Die Verdichtung ist ein Mittel zur Verminderung des Raumschadens, und angenähert ist bei der hier behandelten Maschine das Gesetz erfüllt: Bei gegebener Größe von Anfangsdruck, Gegendruck, mittlerem Druck und Kompressionslänge muß der schädliche Raum so bemessen werden, daß das Kompressionsdruckgefälle gleich dem Expansionsdruck gefälle wird. Die Kompression ist also angenähert richtig und kann unveränderlich sein. Hierdurch wird eine weitere Verminderung des an und für sich schon geringen Raumschadens erzielt. Demgegenüber weisen gewöhnliche Gleichstromdampfmaschinen mit Doppelsitzventilen 3 bis 5 vH schädlichen Raum auf. Für jedes Prozent sind wegen des großen Druckgefälles und der ungenügenden Kompression 0 2 kg Sattdampfmehrverbrauch und 0,15 kg Heißdampfmehrverbrauch für die PSi-Stunde zu rechnen.
Verringerung der Drosselverluste.
Die Drosselverluste werden zunächst durch den Wegfall aller den mehrstufigen Maschinen eigentümlichen Ueberströmverluste verringert. Eine weitere Verminderung ermöglicht der vom Kolben gesteuerte Schlitzauslaß, wie die
Rechnung zeigt. Hier sind so reichliche Querschnitte in den Schlitzen und in der Ueberströmleitung nach einem zweckmäßig möglichst dicht anzuschließenden Kondensator ausführbar, daß praktisch vollständiger Druckausgleich zwischen Zylinder und Kondensator entsteht. In diesem Fall aber entfallen alle Diagrammverluste an der Kompressionslinie entlang. Der schädliche Raum erhält infolgedessen einen Kleinstwert, was wiederum weitgehende Ausnutzung der Expansionskraft des Dampfes zur Folge hat. Das Tellerventil kann von der Hochhubsteuerung so hoch gehoben werden, daß auch die Einlaßdrossel verluste einen Kleinstwert annehmen. Selbst bei gleichem Querschnitt muß der dicke Dampfstrom des Tellerventils weniger Verlust geben als die dünnen Teildampfströme des Doppelsitzventils (vergl. Abb. 6 und 7). Das ist erst recht der Fall, wenn das Hochhub Tellerventil zu einem Hochhub-Düsentellerventil entwickelt wird. Abrundungen an Ventil und Sitz verengen bei gehobenem Ventil den freien Querschnitt allmählich_bis_zum engsten Querschnitt zwischen den Sitzen. Da nun das Drosselgefälle niemals das kritische Gefälle überschreitet, kann sich an diesen engsten Querschnitt sofort ein Diffusor anschließen, der wieder durch Abrundungen an Ventil und Sitz gebildet wird. In diesem Diffusor wird die in der Düse entwickelte Strömungsenergie in Pressungsenergie zurückverwandelt. Der Dampf hat demnach mehr Pressungsenergie und weniger Wärme, während er beim Doppelsitzventil, wo fast die ganze Strömungsenergie in Wärme umgesetzt wird, weniger Pressungsenergie und mehr Wärme besitzt. Demnach fallen die Gesamtdrosselverluste außerordentlich gering aus.
Verringerung der Reibungsverluste.
Die Reibungsverluste sind, wie mehrere Versuche bewiesen haben, kleiner als die einer gleich starken Tandem-Maschine, da ein Kolben anstatt zweier, eine Stopfbüchse anstatt dreier und eine Ventilsteuerung für zwei Ventile an Stelle einer solchen für acht Ventile vorhanden sind. Durch diese günstigen Verhältnisse wird der durch die größeren Zapfen der Gleichstromdampfmaschine bedingte Mehrverbrauch an Reibungsarbeit mehr als ausgeglichen.
Verringerung der Verluste durch Undichtheit.
Die Verluste durch Undichtheit sind bei der neuen Gleichstrom dampfmaschine besonders gering und können ohne weiteres auf null gebracht werden. Das kleine Hochhub-Tellerventil ist auch bei wechselnden Drucken und wechselnden Temperaturen dauernd dicht. Die üblichen Doppelsitzventile sind dagegen niemals dauernd dicht, insbesondere nicht bei wechselnden Drucken und wechselnden Temperaturen Je geringer die Zahl der Dampfverteilorgane ist, um so höhere Anforderungen müssen an ihre Dichtung gestellt werden, weil Druckgefälle und Zeit der Undichtheit mit abnehmender Stofenzahl, d. h. abnehmender Zahl der Dampfverteilorgane, wachsen. Die lange Kompression der Gleichstrom dampfmaschine erfordert ein dichtes Einlaßorgan, namentlich, wenn kleine schädliche Räume verwendet werden. Alle bisherigen Gleichstrom dampfmaschinen haben zu große schädliche Räume und entsprechen bei weitem nicht dem oben erwähnten Kompressionsgesetz. Diese übergroßen schädlichen Räume gewähren dem während der Kompression durch das undichte Doppelsitzventil nachströmenden Dampf Unterkunft, solange die Undichtheit nicht übermäßig ist. Die kleinen Abmessungen des Hochhub-Tellerventiles begünstigen die Erzielung guter Dichtung und kleiner schädlicher Räume. Die Verbrennungsmaschinen zeigen, daß, wenn nicht allzuviele Unreinlichkeiten vorhanden sind, mit Tellerventilen vollkommene Dichtung erzielbar ist. Der Gleichstrom kolben hat zwei Systeme von Dichtungsspannringen, die während der Zeit des größten Druckunterschiedes zusammen abdichten. Der Druckunterschied hat schon wesentlich abgenommen, wenn ein Ringsystem durch Ueberlaufen der Schlitze ausgeschaltet wird. Auf Grund dieser günstigen Verhältnisse sind mit dem Kolben gute Dichtungsergebnisse erreichbar, besonders, wenn auf das Ueberschleifen der äußersten Ringe über die Zylinderlaufkante verzichtet wird. Die Dichtungen der Kolbenstange und der Ventilspindeln sind vollkommen zuverlässig herstellbar.
Verringerung der Verluste durch Wärmestrahlung und Wärmeleitung.
Die Verluste durch Wärmestrahlung und Wärmeleitung sind bei dieser Maschine bei gutem Wärmeschutz außerordentlich klein, da nur ein Zylinder und keine Zwischenleitungen vorhanden sind.
Verringerung der Verluste durch unvollständige] Expansion.
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Die neue Maschine ermöglicht Verringerung auch des Verlustes durch unvollständige Expansion. Eine Maschine mit kleinem Flächenschaden gestattet kleinen mittleren Druck, ebenso eine Maschine mit kleinem Raumschaden. In derselben Weise wird durch kleine Verluste Drosselung, Reibung, Lässigkeit und Strahlung, jeder für sich, die Verwendung geringen mittleren Druckes ermöglicht, was gleichbedeutend mit geringer Füllung und geringem Verlust durch unvollständige Expansion ist. Die Praxis zeigt nicht diese Nutzanwendung, läßt vielmehr größeren mittleren Druck und damit größere Verluste durch unvollständige Expansion zwecks Verbilligung der Maschine zu. Wenn eine Gleichstromdampfmaschine um 15 vH billiger als eine gewöhnliche Tandemmaschine und um 25 vH billiger als eine gewöhnliche Verbundmaschine mit zwei Triebwerken ist, so kann dieser Vorsprung in den Anlagekosten zugunsten vollständigerer Expansion aufgegeben werden.
Schlußergebnis.
Abb. 6 und 7. Hochhub-Düsentellerventil und Doppelsitzventil von gleichem Durchgangsquerschnitt.
Abb. 6.
Abb. 7.
Schutzeinrichtungen für elektrische Großkraftanlagen behandelte Dipl.-Ing. A. Rusznyak, Frankfurt a. M., in einem Vortrag in der Elektrotechnischen Gesellschaft zu Nürnberg1). Die Frage des Ueberspannungs- und Ueberstromschutzes nimmt im allgemeinen mit der Netzausdehnung und der verwendeten Betriebspannung an Schwierigkeit zu. Dies gilt insbesondere für den Ueberstromschutz, da die Kurzschlußströme mit den genannten Faktoren unbeschränkt anwachsen. Die Ueberspannungsgefahr nimmt jedoch nicht mehr bedeutend zu, sobald die Betriebspannung von der Größen-. ordnung der atmosphärischen Ueberspannungen wird.
Der Ueberspannungsschutz erstreckt sich auf Verhütung des Entstehens und Unschädlichmachen der entstandenen Ueberspannungen, Dem Auftreten von Schaltüberspannungen kann mittels Vorkontaktschalter vorgebeugt werden. Die gleichzeitige Schaltung aller Phasen hätte hierbei nur dann Bedeutung, wenn die Einschaltung mathematisch genau gleichzeitig erfolgen würde. Außer den Schaltüberspannungen muß noch das Entstehen von Erdschlußüberspannungen verhütet werden. Letztere entstehen nach der Theorie von Petersen dadurch, daß der durch den kapazitiven Erdschlußstrom des Netzes (voreilenden Strom) aufrechterhaltene Erdschlußlichtbogen beim Durchgang des Stromes durch Null abreißt und das ganze Netz in einem gegen Erde aufgeladenen Zustand zurückläßt. Diese gefährliche Aufladung kann durch Nullpunktwiderstände oder Blitzhörner entfernt werden. Vollkommener ist die Wirkung der Petersen-Erdschlußdrosselspule oder des Bauchschen Löschtransformators, die auf Grund einer Stromresonanzschaltung dem Lichtbogen den Strom entziehen.
Ueberstromschutz. Die Theorie des plötzlichen Kurzschlusses von Synchronstromerzeugern nach Biermann ergibt,
Tellerventil klein und leicht ist, zudem im Augenblick der Eröffnung weitgehend entlastet wird, ist eine sichere Beherrschung dieses Ventiles durch den Regler verbürgt.
In Abb. 6 und 7 ist das HochhubDüsentellerventil, dessen Steuerbewegung von einer Steuerwelle doppelter Drehzahl abgeleitet ist, einem gleichwertigen Doppelsitzventil mit üblicher Steuerbewegung gegenübergestellt. Die Rechnung zeigt, daß die Federschlußkräfte des Tellerventiles ohne Berücksichtigung der die Feder unterstützenden Saugkräfte mäßig ausfallen. Das Tellerventil braucht nur kalt aufgeschabt zu werden; das bei Doppelsitzventilen unbedingt erforderliche kostspielige und umständliche Einschleifen unter Betriebstemperatur entfällt hier vollständig. Versuche haben gezeigt, daß so hergestellte Tellerventile auch bei wechselnden Drucken und wechselnden Temperaturen dauernd dicht sind. Durch die neue Gleichstromdampfmaschine ist der Einklang mit der Zweitakt-Verbrennungsmaschine hergestellt, die ja auch Gleichstromwirkung, Schlitzauslaß und Tellereinlaßventile aufweist. Mit der Dampfturbine hat diese Dampfmaschine die Gleichstromwirkung gemeinsam.
Durch die völlig gleichartige Entwicklung der neuen Gleichstromdampfmaschine und der Zweitakt-Verbrennungsmaschine, die sogar auf das Gebiet der Dampfturbine übergreift, ist wieder die Einheit in diesem Gesamtgebiet nachgewiesen. Wenn es auch ein absolutes Ende in der Entwicklung nicht gibt, so darf auf Grund der gewonnenen Erkenntnis doch wohl behauptet werden, daß wenigstens im relativen Sinne mit der neuen Gleichstrom dampfmaschine ein Endergebnis in der Entwicklung der Dampfmaschine erzielt sein dürfte. [593]
') Mitteilungen der technisch-wissenschaftlichen Vereine in Nürnberg vom 8. April 1921.
deutscher Ingenieure.
daß der Kurzschlußstrom im ersten Augenblick sehr große Werte aufweist, sodann aber nach einigen Sekunden auf den Dauerwert herabsinkt. Aus diesem Grunde dürfen Oelschalter nie sofort ausgeschaltet werden, sondern frühestens nach 2 bis 1 s nach Eintritt des Kurzschlusses. Der Kurzschlußstrom kann durch Einbau von Reaktanzen oder Vergrößerung der Streuung der Stromerzeuger begrenzt werden.
Das Abtrennen der kranken Netzteile veranlassen die verschiedenen Auslöseranordnungen, und zwar stromabhängige und -unabhängige Auslöser in Astnetzen, spannungsabhängige in Ringnetzen. Zweckmäßigerweise erhalten die Anordnungen zwei Auslöseinrichtungen, deren eine bei mäßigen Ueberlasten wirkt und stark verzögernd auf Aussonderschutz (Selektivschutz) eingestellt ist, deren zweite aus einer besonderen Kurzschlußauslösung besteht, die den Schalter für den Fall heftiger Kurzschlüsse ohne Rücksicht auf etwaige unnütze Betriebstörung zum Herausfallen bringt. Auch hierbei müssen die vorhin erwähnten Stromverhältnisse bei Kurzschluß, wenn auch in geringerem Maß, beachtet werden.
Zur Schonung der Oelschalter dient auch das Mittel der Leistungsteilung, wonach die Kurzschlußauslösung eines an entsprechender Stelle angebrachten Oelschalters so eingestellt ist, daß im Fall eines Kurzschlusses dieser Oelschalter, zuerst herausfallend, etwa die halbe Werkleistung abschaltet, so daß der der Kurzschlußstelle am nächsten liegende Schalter bloß die zweite Hälfte zu bewältigen hat. Für die Oelschalter, die die kranken Netzteile abtrennen, gelten folgende Konstruktionsregeln: Tiefe Lage der Unterbrechungsstellen unter Oel, rasches Entfernen der Kontakte voneinander, Unterdrücken des Ausschaltlichtbogens durch hohen Druck, der bei den AEG-Schaltern durch die Wirkung des Lichtbogens selber in den Löschkammern entsteht, während bei dem Oelschalter mit Vorverdichtung von Bendmann kurz vor dem Ausschalten der Ueberdruck mechanisch hervorgebracht wird.