deutscher Ingenieure. Bericht über Leistungsversuche an einer 500 pferdigen Koksofengasmaschine. Berlin, den 22. Dezember 1003. Herrn A. Borsig, Berlin-Tegel. Hierdurch gestatte ich mir, Ihnen über die Versuche, die ich in den Tagen vom 3. bis 7. August und vom 25. und 26. Oktober d. J. an der von Ihnen gebauten 500 pferdigen Koksofengasmaschine, System von Oechelhaeuser, auf Borsigwerk ausgeführt habe, zu berichten. Die Maschine, welche ein Hochofengebläse antreibt, war ursprünglich für den Betrieb mit Gichtgas bestimmt und hatte dafür eine doppeltwirkende Ladepumpe, die mit der einen Seite Luft, mit der anderen Seite Gichtgas in den Arbeitszylinder fördern sollte. Sie wurde für den Betrieb mit Koksofengas umkonstruiert und ausprobiert. Da das Koksofengas drei- bis viermal so viel Heizwert besitzt wie das Gichtgas, so muß entsprechend weniger Gas und dafür mehr Luft gefördert werden. Daher wurden beide Seiten der Ladepumpe zur Förderung von Luft verwendet, und es wurde eine besondere einfach wirkende Gaspumpe für das Koksofengas aufgestellt. Die beiden Seiten der Luftpumpe fördern aber zusammen zu viel Luft. Es befindet sich daher in der Luftleitung zwischen der Pumpe und dem Arbeitszylinder ein von Hand verstellbares Abblaseventil, das einen Teil der geförderten Luft gestattet, ins Freie zu entweichen. Die Regelung der in den Arbeitszylinder geförderten Gasmenge geschieht durch ein ebenfalls von Hand verstellbares Drosselventil in der Gasleitung vor der Pumpe. Auch das Verhältnis des Querschnittes der Luftschlitze zu demjenigen der Gasschlitze am Gaszylinder mußte geändert werden. Da sich der erstere Querschnitt nicht vergrößern ließ, so wurde der Die Versuchseinrichtungen waren die folgenden: Der Gasverbrauch wurde in einer eigens für die Versuche beschafften Pintschschen Stationsgasuhr gemessen. Bei den Versuchen vom 3. bis 6. August war diese Gasuhr vor eine Gasglocke von ungefähr 12 cbm Inhalt, die zum Druckausgleich diente, geschaltet, während sie bei den Versuchen vom 25. und 26. Oktober hinter diese Glasglocke geschaltet war. Es konnte daher erst gelegentlich der letzteren Versuche eine Eichung der Gasuhr mit Hilfe der Gasglocke vorgenommen werden, über die, wie überhaupt über die Versuche vom Oktober, erst am Schlusse berichtet wird. Der Gasverbrauch wurde an der Gasuhr während der Versuche alle fünf Minuten abgelesen, ebenso die Temperatur des Gases vor Eintritt in die Gasuhr und nach dem Austritt aus ihr und der Druck in der Gasleitung. Alle fünf Minuten wurden ferner am Arbeitszylinder, an der Luftpumpe vorn und hinten, an der Gaspumpe und am Gebläse vorn und hinten Diagrammbündel entnommen, und zwar am Arbeitszylinder je 15 Diagramme, an den übrigen Zylindern je 10 Diagramme auf ein Blatt, von denen nachfolgend eine Serie abgebildet ist. Die Indikatoren waren durch Storchschnabelmechanismen' bei denen toter Gang nicht vorhanden war, so angetrieben, daß der Umfang der Indikatortrommeln Wege beschrieb, die den Kolbenwegen genau proportional waren. Dabei konnten die Storchschnabelantriebe so nahe an die Indikatoren selbst verlegt werden, daß man mit sehr kurzen Antriebschnüren auskam und daß daher eine Verzerrung der Diagramme durch das Längen der Schnüre nicht zu fürchten war. Der Indikator am Arbeitszylinder war von einer der seitlichen Zugstangen, die den hinteren Arbeitskolben bewegen, angetrieben, so daß sich die Drücke in Funktion der Wege des hinteren Kolbens aufschrieben. Da der vordere Arbeitskolben infolge der endlichen Schubstange (Längenverhältnis von Schubstange zu Kurbelradius wie 5: 1) andere Wege beschreibt als der hintere Kolben, so stellte die Fläche der bei den Versuchen erhaltenen Indikatordiagramme nicht die im Arbeitszylinder geleistete Arbeit dar. Die Diagramme müssen vielmehr erst 25. Februar 1905. so umgezeichnet werden, daß der Druck in Funktion 'der relativen Wege, welche beide Kolben gegeneinander beschreiben, aufgezeichnet ist. Das Gesetz dieser relativen Wege entspricht dem Gesetz der Kolbenbewegung bei unendlich langer Schubstange, da für jeden Kurbelwinkel der eine Kolben gegenüber der Kolbenbewegung bei unendlich langer Zugstange um ebensoviel vorauseilt, um was der andere Kolben nacheilt. Die entsprechende Umzeichnung habe ich mit einer größeren Zahl von Diagrammen aller Größen ausgeführt und gefunden, daß das Verhältnis, in dem die Fläche des umgezeichneten, also berichtigten Diagramms zu der Fläche des unmittelbar vom Indikator gelieferten Diagramms steht, für alle untersuchten Diagramme nahezu gleich groß war und im Mittel 1,10 betrug. Daher kann für alle Versuche der Berichtigungskoëffizient 1,10 genommen werden, mit dem der mittlere Druck, wie er durch Planimetrierung der beim Versuche erhaltenen Diagramme ermittelt wurde, zu multiplizieren ist, um den wahren mittleren Druck pi+ des Arbeitszylinders zu erhalten. Die Eichung der Maßstäbe sämtlicher Indikatorfedern wurde durch unmittelbare Gewichtsbelastung vorgenommen. Die einzelnen Versuchsreihen zeigten dabei sehr gute Uebereinstimmung untereinander, was auf recht geringe Indikatorreibung schließen läßt. Es ergab sich, daß die Federmaßstäbe für den Arbeitszylinder und das Gebläse mit der Belastung zunehmen; der mittlere Federmaßstab wurde nach dem Verfahren von Professor Schröter bestimmt. Man erhält dabei je nach der Größe der Diagramme für den Arbeitszylinder: 1,890 bis 1,904 mm Schreibstiftweg = 1 kg/qcm für die Luftpumpe vorn: 48,0 mm Schreibstiftweg » hinten: 48,6 mm sich sämtliche Heizwertangaben auf 0°C und 760 mm Barometerstand. In der Tabelle II sind die hauptsächlichen Ergebnisse Die Versuche sind der Leistungsversuche wiedergegeben. durch 3 vertikale Linien in 4 Gruppen nach der Umdrehungszahl geordnet. Die erste Gruppe umfaßt 8 Versuche bei den Umdrehungszahlen 105,7 bis 113,6, also im Mittel 110 Min.Umdr., die zweite Gruppe 3 Versuche bei im Mittel 96 Min.Umdr., die dritte Gruppe 5 Versuche bei rund 852 Min.Umdr. und die vierte Gruppe 3 Versuche bei rund 68 Min-Umdr. Innerhalb jeder Versuchsgruppe sind die Versuche nach der Größe der Belastung, d. h. nach der Größe der Windpressung in der Windleitung," gegen die das Gebläse zu arbeiten hat, geordnet. Ehe ich auf eine Besprechung der Tabelle II eingehe, erlaube ich mir noch auf folgendes hinzuweisen: Unter der indizierten Leistung einer Viertaktmaschine versteht man die Arbeit, die dem Unterschied der Flächen F+ und F entspricht (vergl. beistehende Skizze). Die indizierte Leistung Ni der Zweitaktmaschine ist demgemäß durch den Unterschied 1 für das Gebläse vorn: 46,3 bis 47,7 mm >> hinten: 46,7 bis 48,1 mm » 1 F für die Gaspumpe: 49,6 mm Schreibstiftweg. Da die Feder des Arbeitszylinders während der Versuche nur schwach handwarm wurde, die andern Federn kalt blieben, so ist eine Temperaturberichtigung nicht erforderlich. Der Stand eines mit der Hauptwelle gekuppelten Umdrehungszählers wurde alle fünf Minuten abgelesen und hieraus die Umdrehungszahl des Motors berechnet. Der Heizwert des verwendeten Koksofengases wurde von Herrn Chefchemiker Heideklang auf Borsigwerk während der Versuche ungefähr alle Viertelstunden im Junkersschen Kalorimeter bestimmt. Die Eichung der dabei verwendeten kleinen Gasuhr ergab, daß diese Uhr innerhalb der Genauigkeitsgrenzen des Versuches richtig zeigte. Die Thermometer für den Wasserzufluß und Wasserabfluß am Kalorimeter wurden verschiedenemal miteinander vertauscht, ohne daß sich die Angaben der Zu- und Abflußtemperatur änderten. Mit Rücksicht auf die Strahlung des Kalorimeters wurde auf Grund eines Strahlungsversuches zum gemessenen Heizwert 1 vH Zuschlag gemacht. Das Ergebnis der Heizwertbestimmungen ist in der Tabelle I zusammengestellt; es beziehen Ni ་ Ni+ Ny. Ντο zwischen der Leistung N+ des Arbeitszylinders und dem Arbeitsverbrauch N und N der Ladepumpen gegeben: Da der mechanische Wirkungsgrad ein Maß für die Eigenreibungswiderstände der Maschine abgeben soll, so muß er bei einem Gasgebläse gesetzt werden, wenn die indizierte Gebläsearbeit No ist. Nw In dem Ausdruck den ich mit »GesamtwirkungsNi+ grad zwischen Arbeitszylinder und Gebläse« bezeichnet habe, ist dagegen sowohl der Einfluß der Eigenreibung der Maschine, wie derjenige des Arbeitsverbrauches der Ladepumpen zum Ausdruck gebracht. Der Ausdruck Ni+ Ni N1 N20 NR gibt in Pferdestärken an, wieviel Arbeit durch die Eigenreibung der gesamten Maschine (Motor + Gebläse) verloren geht. Um die einzelnen Werte von NÅ mit einander vergleichen zu können, wird man sie am besten auf eine gemeinschaftliche Umdrehungszahl, z. B. 100 Min.-Umdr., beziehen, wie dies in der Tabelle geschehen ist. deutscher Ingenieure. Aus ihr ergibt sich, daß die Maschine bei 100 Min.-Umdr. im Mittel 110 PS zur Ueberwindung der Eigenreibungswiderstände verbraucht. Der mechnische Wirkungsgrad wird daher bei Vollbelastung rund 0,82 bis 0,84 und nimmt mit der Belastung naturgemäß ab. Auf die Versuchsergebnisse hat die Einstellung des Luftabblaseventils, die in der Tabelle II, vierte Horizontalreihe, jeweilig vermerkt ist, einen sehr großen Einfluß. Man war im allgemeinen bestrebt, bei den Versuchen eine möglichst günstige Einstellung des Ventiles zu erhalten; es wurden aber auch einige Versuche bei ungünstiger Einstellung durchgeführt, um den Einfluß der Einstellung auf die untersuchten Größen deutlich zu machen, wie dies bei den Versuchen VIIa, VIIIa und XVII der Fall war. Bei den Versuchen VII und VIII wurde je in der Mitte des Versuches das Luftabblaseventil so verstellt, daß in der zweiten Versuchshälfte b) mehr Luft durch dieses Ventil abgelassen wurde als in der ersten a). Dabei hätte die Umdrehungszahl des Motors zugenommen, wenn nicht gleichzeitig das Gasdrosselventil mehr zugemacht worden wäre, so daß also zur Erzielung gleicher Leistungen im Falle einer Verminderung der eingeblasenen Luftmenge auch weniger Gas erforderlich ist. Bei Versuch VII fällt infolge der Verminderung der Einblaseluft der Wärmeverbrauch um 100 8,4 vH des günstigeren Wertes. Bei Versuch VIII verbessert sich der Gasverbrauch ebenfalls durch Verringerung der eingeblasenen Luftmenge (leider konnte bei VIII a der Heizwert nicht genau ermittelt werden). Dasselbe gilt für die Versuche XVII und XVIII, die beide bei gleicher Umdrehungszahl und gleicher Belastung des Gebläses ausgeführt sind. 18101670. 1670 Das letztere arbeitete dabei sozusagen im Leerlauf, indem die Windleitung gegen den Hochofen abgeschlossen und dafür gegen die freie Atmosphäre geöffnet war, so daß nur 0,033 kg/qcm Ueberdruck in ihr herrschten. Allerdings muß das Gebläse hierbei infolge der Ventilwiderstände noch gegen 150 PS indizierte Arbeit leisten. Die beiden Versuche unterscheiden sich nur dadurch voneinander, daß bei Versuch XVIII das Abblaseventil mehr geöffnet war und daß somit mehr Luft aus der Luftleitung entweichen konnte als bei Versuch XVII. Durch die geänderte Einstellung wurde erreicht, daß bei Versuch XVIII das Gas stärker gedrosselt werden konnte und daß der Wärmeverbrauch pro Nutzpferdekraftstunde um 100 43 vH seines Wertes kleiner war als bei Versuch XVII. Am Gang der Maschine zeigte sich dies darin, daß bei Versuch XVII Zündversager vorkamen, bei Versuch XVIII nicht. 5490 3840 3840 Infolge einer Einstellung, bei der zu viel Einblaseluft in den Arbeitszylinder kommt, vergrößert sich auch der Druck in den Leitungsräumen zwischen den Pumpen und dem Arbeitszylinder und damit die Pumpenarbeit. Die letztere ist bei Versuch VIIa um 133,2 112,7 PS 20,5 PS größer als bei Versuch VIIb und bei Versuch XVII um 72,5 54,3 18,2 PS größer als bei Versuch XVIII. Für die Einstellung des Luftabblaseventiles ergibt sich noch das Gesetz, daß es bei gleicher Belastung (gleichem pi+) um so weniger geöffnet sein darf, je geringer die Umdrehungszahl des Motors ist. Wenn auch nicht bei allen Versuchen die günstigste Einstellung des Luftabblaseventiles getroffen war, so kommen II. 25. Februar 1905. doch in der Tabelle II deutlich die folgenden Gesetze zum Ausdruck: Der Arbeitsverbrauch der Luftpumpe pro Umdrehung oder, was dasselbe ist, die Summe der indizierten Drücke vorn und hinten (vergl. Tabelle II) nimmt bei gleichbleibender Umdrehungszahl mit Abnahme der Belastung ab. Bei gleicher Belastung nimmt der Arbeitsverbrauch der Luftpumpe pro Umdrehung mit Abnahme der Umdrehungszahl ebenfalls ab. Das Verhältnis des Arbeitsverbrauches der Ladepumpen zur indizierten Leistung der Maschine nimmt mit Abnahme der Belastung zu. Bei gleicher Belastung nimmt dieses Verhältnis mit Abnahme der Umdrehungszahl ab, doch nicht in sehr erheblichem Maße. Bei Vollbelastung und normaler Umdrehungszahl (110 Min.-Umdr.) werden ungefähr 15 vH der indizierten Arbeit Arbeit zum Betriebe der Ladepumpen aufgebraucht. Bei der Beurteilung dieser Zahl ist im Auge zu behalten, daß infolge der oben erwähnten Umstände die Luftpumpe an der vorliegenden Maschine zu groß und die Luftschlitze zu klein sind. Bei größeren und geringeren Umdrehungszahlen gibt es Versuche, bei denen der Wärmeverbrauch pro PS-st der im Arbeitszylinder indizierten Leistung nur ungefähr 1660 WE beträgt. Es können somit bei größeren Belastungen zwischen 113 und 66 Umdrehungen - 38 vH der im Koks Versuchsnummer 632.100 1660 mittlere indizierte Spannung im Arbeitszylinder pi+ Wärmeverbrauch pro PS-st der Nutzleistung ofengas enthaltenen Wärme in indizierte Leistung des Ar beitszylinders verwandelt werden, wenn nur die Einstellung des Luftabblaseventiles richtig ist. Der Wärmeverbrauch pro PS-st der im Arbeitszylinder indizierten Leistung bleibt von Vollbelastung (Versuch VIIb, 878 PS) bis auf ungefähr 0,6 Belastung (Versuch XX, 538 PS) nahezu konstant, indem die einzelnen Versuchswerte um den Mittelwert 1660 WE nur wenig (von 1620 auf 1690 WE) schwanken. und Wird die Belastung weiter vermindert, so nimmt der Wärmeverbrauch etwas zu, beträgt aber bei Versuch XVIII 318.110,5 0,42 Belastung erst 1820 WE bei richtiger 878-95,1 Einstellung, während allerdings bei unrichtiger Einstellung unter den gleichen Verhältnissen 2400 WE verbraucht werden. Der Wärmeverbrauch pro PS-st der Gebläse-(Nutz-)Leistung nimmt wegen der Abnahme des mechanischen Wirkungsgrades bei kleiner werdender Belastung rasch zu. Bei größeren Belastungen wird man zwischen 110 und 68 Uml./min einen Verbrauch von 2400 WE bei günstiger Einstellung erhalten, so daß 26,3 vH der im Koksgase enthalte 632.100 2400 |