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 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 Abb. 8 bis 11. Hochdruck-Heißdampf-Tandemmaschine Nr. 1 mit Kondensation aus den Jahren 1911/12. Dampfdruck 60 at, 150 Uml./min. 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 Stelle mit einem spezifisch schwereren Stoff Wasserstand nach als Wasser, z. B. Quecksilber, angefüllt ist. Der eine Schenkel x mündet in den Dampf Abb. 7. Wilh. Schmidt. 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. 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 der mit diesem Kessel gemachten Erfahrungen ist es jetzt möglich, Hochdruckkessel mit 10 und mehr Quadratmetern Rostfläche anstandslos auszuführen. Man braucht nur den vorhandenen Kessel in seinem Breitenmaß zu vergrößern, was ohne weiteres zulässig ist, da dieser Gedankengang bereits seinem Entwurf zugrunde gelegt war. Der Einführung höchstgespannten Dampfes in die Praxis von Großbetrieben schaft im Jahre 1913 in der 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 genauere Werte sind noch nicht bekannt beträgt und dabei 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 Maßstab 1: 4. Abb. 12 und 13. Einlaẞventil aus dem Jahre 1912. 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, 1 6.3 so erhalten die Dampfleitungen nur des Querschnittes für 10 at. Eine Leitung, die für 10 at Dampfdruck und das gleiche 7,5 mm Abb. 14. Versuch vom 13. April 1912. Kesseldruck 55,7 at abs. 5 mm = 1 at 7,5 mm Abb. 15. Versuch vom 16. April 1912. 9 mm = 1 at deutscher Ingenieure. Die Maschinen sollte mit Anfangspannungen bis 60 at und Frischdampftemperaturen bis 450° betrieben werden und dabei 100 bis 120 PSi leisten. Auch war zuerst Zwischenüberhitzung des Niederdruckdampfes mit einem in den Ueberströmkanälen 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¡. demmaschinen entworfen. Abb. 8 bis 11 zeigen Konstruktionseinzelheiten dieser Maschine Nr. 1. 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 Kräftemaßstab 0,5 mm = 1 at Kräftemaßstab 0,5 mm =1at Kräftemaßstab 0,5 mm = 1 at 7,5 mm = 1 at 7,5 mm = 1 at 7,5 mm = 1 at 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. 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. Das kam 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. Im Jahre 1913 wurden die Versuche mit dieser Versuchsmaschine Nr. 2 mit dem vergrößerten Hochdruckzylinder, nunmehr ohne Zwischenüberhitzung, fortgeführt. Die damals erhaltenen Ergebnisse von drei Versuchen sind in Zahlentafel 1 Spalte 9 bis 11 enthalten. Abb. 21 bis 23 zeigen wieder die Schnitt a-b. 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, deutscher Ingenieure. 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. Maßstab 1: 15. Abb. 24 und 25. Versuchsmaschine Nr. 3 aus den Jahren 1911/12. Liegender Zwillingsdampfmotor für Auspuffbetrieb, 1000 Uml./min. Daß diese Annahme nicht zutrifft, wird durch neuere Ver suchsergebnisse widerlegt werden. Parallel mit diesen Versuchen wurde seit Ende 1910 das Ziel verfolgt, auch im Dampfmaschinenbau, ähnlich wie im Bau von Explosionsmotoren für Automobile, eine Reihenherstellung einzurichten. Mehrzylindrige, einstufige, einfachwirkende Maschinen mit Schlitzauslaß und dampfgesteuerten Einlaßventilen sollten hierzu die Unterlage geben. Diese Maschinen sollten 1000 bis 1500 Umdrehungen machen, und zwar waren ihnen Für Kondensationsmaschinen sollte durch die Kupplung einer schnellaufenden Kolbenmaschine und einer Niederdruckturbine die bei Verwendung von Hochdruckdampf theoretisch nur 12 vH betragende Wärmeersparnis gegenüber 15 at Anfangsdruck infolge Verbesserung des themodynamischen Wirkungsgrades des Arbeitsprozesses auf etwa 20 vH vergrößert werden. Infolge des Kriegsausbruches unterblieb die Fortführung dieser Arbeiten. Sicher ist, daß auf diesem Wege für kleinere Kräfte unter 1000 PSe eine Entwicklungsmöglichkeit liegt. Abb. 24 und 25 bezw. 26 bis 29 zeigen die beiden ausgeführten Versuchsmaschinen Nr. 3 und 4. Mit ihnen wurde bei etwa 45 at Anfangsdruck, 4000 Frischdampftemperatur und Auspuffbetrieb bei Zylinderleistungen von 25 bis 30 PS ein Dampfverbrauch von 5,7 bis 6,3 kg/PSeh erreicht. Bei Bewertung dieser Zahlen muß man aber die geringen Zylinderabmessungen und die hohen minutlichen Umlaufzahlen von 1000 bis 1500 berücksichtigen. 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 |