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Biblioteka Politechniki Krakowskiej

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Die

Abwärme-Kraftmaschine

(System Belircnd- Zimmermaim.)

Verfahren, mechanische Arbeit durch Abwärme zu erzeugen, sowie eine wesentliche Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades der Dampfmaschine.

Vier Vorträge von

Gottlieb Behrend,

Ingenieur in Hamburg.

der

**•

Mwntl ichen Arbeiten

Halle a. S.

Verlag von Wilhelm Knapp. 1902.

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15U5G

28 —

15U5G

Äkc. Nr.

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I n li a 11.

Seito

Vortrag des Herrn G. Behrend in der Sitzung vom 17. Mai 1892 in dem Hamburger Bezirksverein deutscher Ingenieure über Verwendung von in der Dampfmaschine unbenutzter Wärme zur Arbeitsleistung ..............

Hamburger Bezirksverein Deutscher Ingenieure. Sitzung

11

vom 21. November 1899    ........

Schleswig - Holsteinscher Bezirksverein Deutscher Ingenieure. Sitzung vom IG. März 1900 .    .    .    .    14

. . 21

Arortrag vom 18. März 1902 im Hamburger Bezirksverein Deutscher Ingenieure

Vortrag des

Herrn Gr. Behrend in der Sitzung yom 17. Mai 1892 in dein Hamburger Bezirks verein Deutscher Ingenieure über Verwendung yon in der Dampfmaschine unbenutzter Wärme zur Arbeitsleistung.¹)

M. H. Ich beschäftige mich mit meinem Freunde Herrn Dr. Zimmermann in Ludwigshafen a. Eh. seit einigen Jahren mit der Frage, mittels Kaltdämpfen die im Wasser und der Luft vorhandene Wärme zur Arbeitsleistung zu verwenden. Wir glauben dieses Problem gelöst zu haben; indessen soll das nicht den Gegenstand meiner heutigen Mitteilungen bilden, vielmehr ist es nur der Ausgangspunkt, aus welchem das Ihnen heute Y orzutragende entstanden ist. Das Verfahren ist in allen Ländern patentiert.

Als Spezialist in Eis- und Kälteerzeugungsmaschinen habe ich mich viel mit Kaltdämpfen beschäftigt. Als Kaltdämpfe bezeichnen wir bekanntlich solche Dämpfe, die sich aus dem flüssigen Zustande bei sehr niedrigen Temperaturen bilden. Während der Siedepunkt des Wassers bei 100° C liegt, siedet z. B. Alkohol bei 78°, Äther bei 35°, schweflige Säure bei —10°, Methyläther bei — 21°, Ammoniak bei —39°, Kohlensäure bei —78° C. Die Dämpfe dieser letzteren Flüssigkeiten, die zur Kälteerzeugung benutzt werden, nennen wir Kaltdämpfe. Sie haben bei 0° zum Teil schon erhebliche Spannungen; bei 15° hat z. B. schweflige Säure 2,₇ Atm. absol., Methyläther 4,₀ Atm., Ammoniak 7,₂ und Kohlensäure 52 Atm. absol. Schon daraus geht hervor, dafs es bei gewöhnlichen Temperaturen möglich ist, diese hochgespannten Dämpfe zur Arbeitsleistung zu verwenden. Es würde ohne weiteres angehen, wenn wir nicht wegen des kostbaren Stoffes gezwungen wären, mit geschlossenen Maschinen zu arbeiten, d. h. den Stoff immer wieder zu verwenden und ihn in seinen Anfangszustand zurückzuführen. So allerdings bietet dies einige Schwierigkeiten.

Die Maschine an sich ist eine umgekehrte Kompressions -Eismaschine. Wir verdichten in der Eismaschine den Kaltdampf unter Aufwendung von Arbeit und gleichzeitiger Abkühlung zur Elüssigkeit. Bei der darauf folgenden Verdampfung nehmen die Dämpfe ihre latente Wärme aus der Umgebung auf und erzeugen dadurch Kälte. Hier ist es also die Kompressionsarbeit, welche in Wärme verwandelt wird, d. h. es findet der umgekehrte Vorgang wie bei einer Dampfmaschine statt, und zwar ist es gleichgültig, ob mit Kalt- oder Warmdampf gearbeitet wird; im Prinzip bilden immer Dampfmaschine und Eismaschine eine Umkehrung ihres Prozesses. Bei Benutzung von Kaltdämpfen ist der Motor ebenso eine geschlossene Maschine wie die Eismaschine. Die Kaltdampfflüssigkeit wird dabei erwärmt und verdampft, expandiert im Dampfcylinder unter Arbeitsleistung, wird im Oberflächenkondensator kondensiert und mittels einer Speisepumpe in den Verdampfer zurückbefördert. Das ist nichts Besonderes, wie Sie sehen, und wird in Schiffsdampfmaschinen ebenso gemacht.

Es ist nun heute nicht mein Zweck, Ihnen über diese Maschinen allein zu berichten, sondern in deren Verbindung mit der Wasserdampfmaschine, und ich will zur Unterscheidung stets von Wasserdampfmaschinen und Kaltdampfmotor sprechen. (Kaltdampfmaschine darf ich nicht sagen, weil es sich in der Wissenschaft eingeführt hat, die Kompressions-Eismaschine so zu nennen.)

Sie wissen, dafs alle Dämpfe eine sehr grofse Menge latenter Wärme besitzen, die zur Arbeitsleistung nicht nutzbar gemacht werden kann, eine Thatsache, mit der die Wissenschaft sich nun abgefunden hat, so dafs der Begriff der theoretisch vollkommenen Dampfmaschine auf dieser Thatsache fufst, und danach der Nutzeffekt der Maschine festgestellt wird, nicht mehr nach dem Gesamtwärmeverbrauch. Andererseits wird bei der Expansion der Dämpfe ein geringer Teil der latenten Wärme in Arbeit umgesetzt, und zwar je weiter expandiert wird, desto mehr. Es folgt daher die Arbeitsleistung einer Dampfmaschine aus der Anfangs- und Endtemperatur der Dämpfe. Würden wir im stände sein, die Expansion bis zu dem absoluten Temperatur-Nullpunkt, bis —273°, zu treiben, so würden wir auch die ganze latente Wärme zur Arbeitsleistung nutzbar machen können. Das drückt sich auch in der bekannten Leistungsformel der mechanischen Wärmelehre aus, wie ich Ihnen noch zeigen werde. Jedenfalls hängt die Arbeitsleistung ab von der Anfangs- und Endtemperatur des arbeitenden Dampfes. Übrigens steht es auch fest, dafs es vom theoretischen Standpunkt aus thermisch wie dynamisch ganz einerlei ist, welcher Dampf zur Arbeitsleistung verwendet wird. Wenn wir also eine andere Dampfart in den Arbeitsprozess der Dampfmaschine eingreif en lassen, wo der einen durch ihre Eigenschaften Grenzen zu weiterer Expansion gesteckt sind, so kann sehr wohl ein wesentlicher praktischer Nutzen entstehen.

Wasserdampfmaschinen arbeiten nach oben bis zu 190° C mit 13 Atm. absoluter Spannung. Nach unten ist ihnen eine baldige Grenze gesteckt, im allgemeinen 60°. Die untere Grenze liegt nicht bei der Temperatur der ablaufenden Kondensationswassermenge, sondern bei der Temperatur, die dem Vakuum der Luftpumpe entspricht. Diese liegt aber bei mit voller Kraft arbeitenden Maschinen etwa bei 60° C, entsprechend 61 cm Vakuum. Ein Vakuum von 67 cm entspricht 50° C. Die vorhin erwähnten Kaltdämpfe sind nun das Mittel, um die Endtemperatur weiter nach unten zu verlegen, weil bei diesen noch immer Spannungen über der Atmosphäre vorhanden sind, wo Wasserdampf ein so erhebliches Vakuum besitzt, dafs es durch die Luftpumpe nicht mehr erzeugt werden kann. Wird der Arbeitsprozefs der Wasserdampfmaschine bei 60° als beendet gedacht (ich spreche natürlich von einer Kondensationswasser-Dampfmaschine), und tritt alsdann die Arbeitsleistung durch den Kaltdampf ein, so kann die Expansion bequem bis 20° getrieben werden. Die für diesen Zweck sich besonders gut eignenden Kaltdämpfe sind Ammoniak und schweflige Säure, die beide in Eismaschinen Verwendung finden, und zwar beträgt bei den Temperaturen 60° und 20° die Spannung des Ammoniaks 25,₈ bezw. 8,₅ Atm. absol., die Spannung der schwefligen Säure 10,₇ bezw. 3,₂ Atm. absol. Die schweflige Säure arbeitet also mit Spannungen, die auch in Wasserdampfmaschinen nicht ungewöhnlich sind. Während man in Deutschland gröfstenteils in Eismaschinen Ammoniak benutzt, wird z. B. in Frankreich fast aus-schliefslich schweflige Säure verwendet. Die Expansion in der Eismaschine mufs bis möglichst tief unter den Gefrierpunkt gehen, wobei die schweflige Säure eine unter der atmosphärischen liegende Spannung hat, z. B. bei —15° hat sie 0,₈ Atm. Es kommt dann wohl vor, dafs durch die Stopfbüchsen etwas Luft in die Maschine tritt, welche Ursache werden kann zur Bildung von Schwefelsäure durch Salierstoffaufnahme aus der Luft. Obwohl dieser Übelstand nicht sehr scharf lieryortritt und Zerstörungen an Schwefligsäure -Eismaschinen doch selten Vorkommen, so sind doch die Schwefligsäure-Eismaschinen in Deutschland nicht gerade sehr beliebt, während sie in Frankreich, wie gesagt, allgemein angewendet werden. In meinem Falle nun findet die Expansion nur bis+ 20°, d. h. bis 3,₂ Atm. absol. statt, so dafs in den Stopfbüchsen ein Überdruck gegen die Atmosphäre vorhanden ist, der das Eindringen von Luft unmöglich macht. Es eignet sich daher für diesen Zweck die schweflige Säure ganz besonders gut.

"Wird nun also die Arbeitsmaschine kombiniert aus einer

Wasserdampfmaschine und einem Kaltdampfmotor, so gewinnen wir zur Arbeitsleistung in ersterer das Temperaturgefälle von 190° bis 60°, in letzterer von 60° bis 20°, und man gewinnt theoretisch

463 — 333

an Arbeit nach dem Wirkungsgrad

rA-T₂

statt

463

528

dann im ganzen

463 — 293

463

= 0,₃₇ oder etwa mehr: 32 °/₀ von der

Leistung der Wasserdampfmaschine. Das bezieht sich auf Wasserdampfmaschinen, die mit 12 Atm. Überdruck arbeiten. Rechnen wir mit solchen, die mit nur 6 Atm. Überdruck arbeiten, so stellt sich das Ergebnis noch vorteilhafter, weil die Anfangstemperatur dann nur 165° C = 438° absolut ist. Der Wirkungsgrad der 438 — 333

ersteren ist dann nur

438

524 5

während mit dem Kalt-

dampf

438 — 293

533 '

d. h. 37¹f₂ % mehr der Arbeitsleistung

438

der Wasserdampfmaschine gewonnen werden.

Diese 32 bezw. 37 x/₂ °/₀ stellen den Gewinn an Arbeit durch die Verbindung der Wasserdampfmaschine mit dem Kaltdampfmotor dar.

Kun liegt die Sache aber in der Praxis noch ganz anders. Das Vorgetragene fufste auf der Annahme, dafs wir es mit einer theoretisch vollkommenen Dampfmaschine zu thun haben. Die Arbeitsleistung einer solchen wird aus der Anfangs- und Endtemperatur unter der Annahme berechnet, dafs keinerlei Dampf in der Wasserdampfmaschine verloren geht, keine Abkühlungen Vorkommen, und dafs alle überhaupt durch die Expansion nutzbar zu machende Wärme auch in der That in Arbeit verwandelt werden kann.

Nach der bekannten Leistungsformel der Thermodynamik würde eine solche theoretisch vollkommene Wasserdampfmaschine bei 13 Atm. absol. Anfangsspannung pro PSi-Std. 4,₈ kg Wasserdampf gebrauchen, oder bei 7 absol. Atm. Anfangsspannung 5,3 kg. Dabei ist 60° entsprechend 0,₂ Atm. Endspannung vorausgesetzt.

Dieser geringe Dampf verbrauch wird ja bekanntlich überhaupt bei weitem nicht in der Praxis erreicht. Es geht aufserordentlich viel Wärme und Dampf verloren durch die schädlichen Räume, durch Druckverluste wegen nicht vollkommen erreichbarer Expansion in jedem Cylinder mehrcylindriger Wasserdampfmaschinen, und endlich durch die erheblichen Abkühlungen des Wasserdampfes. Letztere betragen bekanntlich je nach der Güte der Maschine 10 — 30 °/o der im Wasserdampf benutzten Wärme. Es würde also eine allerbeste Wasserdampfmaschine von nur 5,₅ kg Wasserdampf

00

üt

verbrauch pro PSi-Std. mit -    =87 °/₀ Nutzeffekt arbeiten; die

bekannten Schnelldampfermaschinen des „Fürst Bismarck“ mit 6,₆ kg

4

Wasserdampfverbrauch arbeiten mit- = 73 °/₀ Nutzeffekt.

Gute Koudensationsmascliinen von 10 kg Wasserdampfver-

brauch haben ^ = 48°/₀ Nutzeffekt, Hochdruckmaschinen mit 25 kg Wasserdampfverbrauch, zum Vergleich unter gleichen Annahmen gerechnet, nur

^18

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= 19 °/₀ Nutzeffekt. Es geht also in diesen Maschinen von 13 — 81 °/₀ Dampf und dessen Wärme ganz verloren. Da es möglich ist, einen Teil dieser verloren gehenden Dampfwärme mit Hilfe des Kaltdampfmotors ebenfalls zur Arbeitsleistung nutzbar zu machen, so addiert sich dieser Gewinn zu den oben berechneten 32 bezw. 37¹/₂ °/

Der Gesamtgewinn läfst sich für jeden einzelnen Fall nach der bekannten Leistungsformel der Thermodynamik

AL = q₁ — q₂ + rx

T> (tx — t,) W.-E.

T,-T,

berechnen, worin q die Flüssigkeitswärme, r die gebundene Wärme, T die absolute Temperatur und x das Wärmegewicht des Dampfes darstellt. Das letzte ganz unerhebliche Glied: A[o-{px—jp₂)J, mit

dem Vorzeichen +, das mir also bei meinen Berechnungen zu gute kommen würde, lasse ich der Einfachheit der Rechnungen • wegen fort.

Aus der Formel ergiebt sich übrigens, dafs, wenn T₂ = 0 wird, d. h. wenn die Expansion bis —273° C fortgesetzt werden kann, die Leistung L = q + r = der Gesamtwärme des Dampfes ist. Es könnte also in diesem Ealle die ganze dem Dampfe zugeführte AVärme in Arbeit verwandelt werden. Wenn wir also den Kondensator der Dampfmaschinen in den Weltenäther versetzen könnten, so würden unsere Maschinen sehr wenig Dampf verbrauchen, und die gesamte aus den Kohlen bei der Verbrennung zugeführte Wärme würde in Arbeit verwandelt. Was nicht vollständig zu erreichen ist, wollen wir hier wenigstens so weit ausnutzen, als bei unseren irdischen Verhältnissen möglich ist.

Die Einrichtung ist derart getroffen, dafs der Kaltdampfmotor ganz in der Konstruktion einer gewöhnlichen Dampfmaschine derart mit der Wasserdampfmaschine verbunden ist, dafs in einem Oberflächenkondensator der Wasserdampfmaschine die Stelle des Kondensationswassers durch die Kaltdampfflüssigkeit ersetzt wird, an welche die gesamte Wärme des Wasserdampfes abgegeben werden mufs, indem der Wasserdampf den Kondensator nur als Kondensat verläfst. Die Kaltdampfflüssigkeit läuft dagegen in dem geschlossenen Kaltdampfmotor um, und zwar in folgender Weise.

In dem Oberflächenkondensator verdampft die Kaltdampfflüssigkeit, die durch den kondensierenden Wasserdampf bis 60° erwärmt ist, bei dieser Temperatur; die Kaltdämpfe treten in den Kaltdampfcylinder, expandieren dort unter Arbeitsleistung und werden dann in einem Oberflächenkondensator durch Abkühlung mittels Kühlwassers kondensiert und endlich durch eine Speisepumpe als Flüssigkeit in den Verdampfer zurückgepumpt. Die Abkühlung bis 20° oder mindestens 25° ist sehr leicht ausführbar, w eil wir es hier nicht mit zu erzeugendem Vakuum zu tliun haben, welches die Ursache ist, weshalb bei Wasserdampf im Kondensator keine niedrigen Temperaturen erreicht werden können.

Ich will nun am Ammoniak Ihnen vorrechnen, wie viel Nutzen durch die beschriebene Kombination erreicht werden kann, und zwar nicht allein theoretisch, sondern auch durch Benutzung des nutzlos durch die Wasserdampfmaschine gehenden Wasserdampfes und dessen Wärme.

1. Beste Wasserdampfmaschine mit 12 Atm. Überdruck und 5,5 kg Wasserdampf verbrauch für 1 PSi-Std.

1 kg Wasserdampf enthält 664,₆ W.-E. Gesamtwärme, 5,5 kg also .    .............

3655 W.-E.

davon ist in Arbeit umgewandelt 1 PS =

75-3600

424

. = 636    „

bleibt 3019W.-E.;

ferner ist abzuziehen die Wärme, welche mit dem kon

densierten Wasserdampf abgeführt wird, 5,₅ x 60 = 330    „

Rest 2689 W.-E.,

dm zur Verdampfung des Ammoniaks verwendbar bleiben.

Die Gesamtwärme des Ammoniaks bei 60° C ist .    .    335 W.-E.

abzüglich Elüssigkeitswärme nach der Expansion bei 20⁰    22    „

bleibt Verdampfungswärme für 1 kg NH₃ .    .

.    .    313 W.-E.

Es werden also mit 2689 W.-E. verdampft

2689

313

8,₆ kg NH₃

von 60° C. Die Leistung dieser NH₃-Dämpfe in dem Kaltdampfmotor ist nun nach der obigen Leistungsformel

333 — 293

8,6 75,₈- 22 + 259,₃

333

^    293 (0,₂₄9₄    O5O774)

= 8,₆ x 34,5 = 296,₇ W.-E.,

oder, da 1 W.-E. 424 mkg leisten kann = 296,₇ x 424 = 125800 mkg

i. d. Std. =

125800

0?466 PS.

75x3600

Da die Kaltdämpfe bei Temperaturen arbeiten, die der Lufttemperatur nahe liegen, so ist die Abkühlung unbedeutend, und es wird ein Nutzeffekt von 80 °/₀ gegenüber dem vorhin bei Wasserdampfmaschinen festgestellten von 87 bezw 73°/₀ wohl angemessen sein. Es wird also effektiv geleistet von dem Kaltdampfmotor 0,466 x fys = 0,₃₇₃ PS. Im ganzen wrird also durch die Kombination geleistet 1,₃₇₃ PS mit 5,s kg Wasserdampf, oder für 1 PS-Std. sind 5 r

erforderlich -~

L373

gewährt also 37 °/₀ Nutzen.

Sie sehen, dafs es möglich ist, durch diese Kombination, wir nennen sie Regenerativ-Dampfmaschine, wegen der Wiederbenutzung des Dampfes, einen besseren Erfolg zu erzielen, als es theoretisch mit der Wasserdampfmaschine in den dieser angewiesenen Tem-. peraturgrenzen möglich ist. Die theoretisch vollkommene Dampf-

= 4,₀ kg Wasserdampf. Die Regenerativmaschine

maschine würde in diesen Temperaturgrenzen 190° bis 20° allerdings nur 3,₆₈ kg Wasserdampf gebrauchen. Durch die Kom-

3

bination arbeiten wir also mit = 92 °/₀ Nutzeffekt. Dieser ist

deshalb so hoch, weil der in der Wasserdampfmaschine nutzlos durchgehende Dampf: 5,₅ — 3,₆₈ = 1,₈₂ kg, zur Verdampfung des NH₃ noch aufser jenen 3,₆₈ kg verwandt wird.

Nun will ich die Rechnung an einigen anderen Dampfmaschinen machen, wie solche in der Praxis Vorkommen. Es wird auf die Dauer kaum möglich sein, Wasserdampfmaschinen mit nur 5,₅ kg Wasserdampf verbrauch arbeiten zu lassen. Ich will deshalb als zweites Beispiel die Rechnung an der Maschine des Schnelldampfers „Fürst Bismarck“ machen, der mit 6,₆ kg Dampfverbrauch für 1 PSi-Std. arbeitet.

2. Gesamtwärme 1 kg. = 664,,₆ W.-E., für 6,e kg also . 4386 W.-E.

ab in Arbeit umgewandelt 1 PS

.    .    636

75-3600

424

ferner ab die nicht nutzbar gemachte Endtemperatur 60 x 6,₆...............

bleibt 3750 W.-E.,

396

Rest 3354 W.-E.

Damit werden verdampft

3354

313

= 10,₇ kg NH₃ von 60° C.

Die Leistung ist also nach obiger Berechnung 10,₇ x 34,₅

156456

= 369 W.-E. oder = 369 x 424 = 156456 mkg i. d. Std. =

= 0,₅₈ PS oder bei 80 °/₀ Nutzeffekt 0,₃₈ x 0,₈ = 0

0

Das ergiebt an Wasserdampfverbrauch für 1 PS-Std. —-—

A464

75-3600

5404

PS.

= 4,5 kg Wasserdampf. Die Regenerativmaschine gewährt also 46 °/₀ Nutzen.

3. Eine Kondensations-Wasserdampfmaschine mit 10 kg Dampfverbrauch arbeite mit 7 Atm. absol., also mit 165° Anfangstemperatur. Gesamtwärme von 1 kg Wasserdampf = 656,₅ W.-E.,

6565 W.-E.

636

10 kg haben also .... ab 1 PS, in Wärme umgewandelt

bleibt 5929 W.-E.;

ab die nicht nutzbar gemachte Endtemperatur 60 x 10

600

Damit werden verdampft

5329

Rest 5329 W.-E.

313

= 17,o kg NH₃.

4. Nehmen wir eine Hochdruckmaschine von 25 kg Wasserdampfverbrauch für 1 PS-Std., so ist zu bemerken, dafs deren Verbesserung mittels Regenerativmaschine auf zweierlei Art gemacht werden kann. Falls nämlich keine Kondensation des Wasserdampfes vorgenommen werden soll, arbeitet die erstere zwischen 165° C und 102° C, die letztere zwischen 60° und 20°. Es geht also das Temperaturgefälle von 102° bis 60° verloren. Da aber ohne weiteres der gemeinschaftlich als Kondensator der Wasserdampfmaschine und als Verdampfer der Regenerativmaschine dienende Röhrenapparat eingeschaltet werden kann, so wird thatsächlich die Wasserdampfmaschine ebenfalls wie in den früheren Beispielen zwischen den Temperaturen 165° und 60° und der Kaltdampfmotor zwischen 60a und 20° arbeiten. Bei ersterer stellt sich daher der Gewinn an Kraft

durch die Kondensation nach dem Wirkungsgrad

438

438-375 438-333 438““

d. h. wie 63:105, oder der Gewinn durch die Kondensation ist für 1 PS der ursprünglichen Leistung 0,ö6 PS. Dagegen stellt sich der Nutzen der Regenerativmaschine bedeutend höher, wie die Rechnung ergiebt.

636

Gesamtwärme von 25 kg Wasserdampf 656,₅x 25 = 16412 W.-E. ab Wärme für 1 PS

bleibt 15 776 W.-E.,

1500

Leistung nach obiger Formel 17 x 34,₅ = 586,s W.-E. oder

248676 75•3600

PS; das ergiebt an Wasserdampfverbrauch = 5,₇ kg Wasserdampf. Die Regenerativmaschine

586,5 x 424 = 248676 i- d. Std. = 80 °/₀ Nutzeffekt = 0 für 1 PS-Std. -10 ergiebt 73 °/₀ Nutzen.

5736

592

PS, oder bei

5736

ab die nicht nutzbar gemachte Endwärme 60 x 25 .

Rest 14276 W.-E.

Damit werden verdampft

14276

313

= 45,₆ kg NH₈ von 60° C.

Die

Arbeitsleistung ist dann 45,₆ x 34,₅ W.-E. = 1573 W.-E. oder 1573

= 2,₄₇ PS, d. h. bei 80 °/₀

x 424 = 666 952 mkg i. d. Std. = Nutzeffekt 2,₄₇ x 0,₈ = 1,₉₈ PS.

666952

75-3600

Es wird also im ganzen gewonnen durch die Kondensation nur................

durch den Kaltdampfmotor aber.........

0,₆₆ PS

1,98 „

zusammen Gewinn 2,₆₄ PS

oder 264 °/₀ Gewinn.

An Dampf wird nun gebraucht gegenüber obigen 25 kg für

1 PS-Std. -

O

25

= 6,₉ kg Wasserdampf. Sie sehen, dafs aus einer

)64

schlechten Dampfmaschine auf diese Weise eine vorzüglich ökonomisch arbeitende gemacht werden kann.

Während also bei den vier Beispielen der Wasserdampfver-brauch ansteigt von

6,5

6,6

10

25 kg,

wird er mit dem Kaltdampfmotor

6,9 „

Entsprechend vermindert sich natürlich auch der Kohlenverbrauch, und zwar bei neunfacher Verdampfung von 0,61 auf 0,₄₄

Der so aufserordentlich steigende JSTutzen stammt hauptsächlich aus der Wiederverwendung des nutzlos durch die Maschinen gehenden Wasserdampfes, und daraus erklärt sich der sich steigernde Gewinn bei gröfserem Dampfverbrauch. Der Nutzen der Wasserdampfkondensation ist im Vergleich dazu gering. Die Maschinen werden übrigens durchaus nicht kompliziert. Es geht aus den Zahlen deutlich hervor, dafs ohne Verlust die Endtemperatur des Wasserdampfes, die ja gleichzeitig Anfangstemperatur des Kaltdampfes ist, etwas verschoben werden kann, ohne wesentlichen Einflufs auf den Wirkungsgrad auszuüben. Der Nutzen durch Vergröfserung der Temperaturdifferenz ist ja auch nicht so grofs wie derjenige durch Beheizung der Kaltdämpfe vermittelst des überflüssigen Dampfes, wie oben mit Zahlen festgestellt. Wenn man daher eine dreicylindrige Wasserdampfmaschine zu Grunde legt, so kann die Einrichtung so getroffen werden, dafs der dritte Cylinder für Kaltdämpfe dient, während die ersten beiden Cylinder mit Wasserdampf arbeiten. Es wird dann der Röhrenapparat nur eingeschaltet, der gleichzeitig zur Kondensation der Wasserdämpfe und Verdampfung der Kaltdämpfe dient. Im übrigen werden keine wesentlich neuen Apparate oder Maschinenteile gebraucht, dagegen können die Dampfkessel bei gleicher Arbeitsleistung sehr viel kleiner werden und

4,o

4,5

5,7

6,73

6,50

4?n

0,63

0⁷⁸ }

V,₇₇ )

Kohle für 1 PS-Std.

daher auch in Dampfschiffen die Kohlenräume Meiner und die mitzuschleppende Kohlenlast geringer sein. Die Stopfbüchsen sind bei Eismaschinen schon so eingerichtet, dafs keine Dämpfe entweichen. Wenn man aber darin vorsichtig sein will, um die Belästigung in Schiffsräumen zu vermeiden, so legt man die Stopfbüchsen in Behälter, die mit Absorptionsflüssigkeit gefüllt sind, um die entweichenden Dämpfe aufzunehmen. Das ist leicht und ohne Umstände zu machen.

Zum Schlufs wüll ich noch die Menge Kondensationswasser feststellen, die gebraucht wird, und zwar an dem zweiten Beispiel mit 6,c kg Wasserdampfverbrauch. Es werden dabei zur Verdampfung des Kaltdampfes benutzt 3354 W.-E. Davon werden zur Arbeitsleistung in dem Kaltdampfmotor noch 369 W.-E. verwendet, so dafs abgeführt werden 2985 W.-E. Wird das Kühlwasser nur

2985

um 5° erwärmt, so werden —— = 597 1 Wasser gebraucht, oder

0

597

= 408 1. Bei Erwärmung um 10° nur

für eine geleistete PSe -j 204 1, also höchstens so viel wie bei gewöhnlichen Dampfmaschinen;

5464

denn z. B. eine Maschine mit 10 kg Wasserdampfverb rauch gebraucht für 1 PS-Std. bei 25fachem Kondensationswasseraufwand

250 1. Daraus wird klar, dafs eine untere Temperaturgrenze von 20° bis höchstens 25° sehr wohl zulässig ist.

Es soll mir eine Genugthuung sein, wenn die künftige Verbesserung der Dampfmaschinen diesen vorgezeichneten Weg gehen wird, wovon ich überzeugt bin. Abgesehen von dem Vorteil an besten Wasserdampfmaschinen, wird der ungeheure Nutzen an bestehenden Maschinen klar, deren Arbeitsleistung ohne Steigerung des Kohlen Verbrauches und ohne Vergröfserung der Dampfkessel ganz bedeutend gesteigert werden kann.“

Hamburger Bezirksverein Deutscher Ingenieure. Sitzung vom 21. November 1899.²)

Herr Gottlieb Behrend berichtet über die Erfolge der Maschinen zur Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades der Dampfmaschinen nach den Patenten Behrend-Zimmermann. Bereits am 17. Mai 1892 hatte er über diesen Gegenstand im Bezirksverein gesprochen und die wahrscheinlich zu erwartenden bedeutenden Erfolge rechnerisch bestimmt. Inzwischen haben sich die Patentinhaber eifrig bemüht, die Maschine zur Ausführung zu bringen. Sie sind dabei ganz aufserordentlicli vielen Schwierigkeiten und Widerwärtigkeiten begegnet und haben viele Vorurteile zu bekämpfen gehabt. Endlich hat Herr Prof. Josse, der Leiter des Maschinenlaboratoriums der Technischen Hochschule in Charlottenburg, die Wichtigkeit der Erfindung erkannt und sich bereit erklärt, Versuche damit vorzunehmen. Hie für die Verhältnisse passende Maschine ist von ihm konstruiert und in der Berliner A.-G. für Eisengiefserei und Maschinenfabrikation ausgeführt worden, und die gründlichsten Versuche sind von ihm während mehrerer Monate angestellt worden. Die Ergebnisse entsprechen fast genau den Rechnungen, welche vom Vortragenden angestellt sind, der seine höchste Befriedigung darüber ausspricht, dafs er den Wert der Maschine vorher so genau bestimmt habe, ohne sich in Erfinderphantasien zu bewegen.

Josse sagt in seinen „Mitteilungen aus dem Maschinenlaboratorium der Egl. Technischen Hochschule zu Berlin“, dafs die Maschine einen wesentlichen Fortschritt der Dampfmaschine darstelle. Es seien an einer Wasserdampf-Verbundmaschine vom „Vulkan“ in Stettin mit 8,₆ kg PSi-Std. Dampf verbrauch noch 56 °/₀ der indizierten Leistung der Wasserdampfmaschine mit demselben Wärmeaufwände hinzugewonnen, so dafs der Dampfverbrauch auf 5,₅ kg heruntergegangen sei.

Je gröfser der Dampfverbrauch der Wasserdampfmaschine sei, desto gröfser werde der Nutzen (vergl. Zeitschrift 1892, S. 1135). Durch die Versuche sei festgestellt worden, dafs auf je 15 kg Wasserdampf, die durch die Wasserdampfmaschine hindurchgehen, 1 PSi zusätzlich gewonnen werden könne. Wenn man z. B. eine Wasserdampfmaschine von 3000 PS mit 7,₅ kg PSi-Std. Dampfverbrauch habe, so könnten durch die Behrend-Zimmermann’-sche Maschine mit demselben Aufwande von Kohlen noch 1500 PS erzeugt werden. Eine Maschine von 3000 PS mit 5 kg Dampfverbrauch gewinne noch 1000 PS, so dafs sich der Dampfverbrauch auf 3,₇₅ kg verringere.

Die Maschine ist ein Kaltdampfmotor. Die Erfinder haben früher bei ihren Versuchen mit Ammoniak gearbeitet, während im Maschinenlaboratorium schweflige Säure benutzt worden ist, welche den grofsen Vorteil niedriger Spannungen (10 —12 Atm.) hat und die Möglichkeit bietet, ohne Schmieröl zu arbeiten. Genaue Versuche haben dies vollkommen klar gestellt. Der Kaltdampf arbeitet geschlossen in der Maschine, ähnlich wie bei den bekannten Eismaschinen. An die Wasserdampfmaschine ist ein Oberflächenkondensator angehängt, in dem sich die Kaltdampfflüssigkeit befindet. Der aus der Wasserdampfmaschine austretende Dampf dient zu ihrer Verdampfung und kondensiert dabei ganz wie sonst. Der Kaltdampf wird dann in einen Arbeitscylinder geführt, in dem er expandiert und Arbeit leistet; darauf wird er in einem Oberflächenkondensator mittels Kühlwassers gekühlt und durch eine Speisepumpe in den Verdampfer (ersten Kondensator) zurückgeführt. Die Maschine ist einfach und erfordert wegen der grofsen Dichte der Kaltdämpfe nur geringe Abmessungen.

Der grofse Erfolg der Maschine liegt weniger in der Ver-gröfserung des Temperaturgefälles nach unten, die mit der Wasserdampfmaschine nicht erreicht werden kann, als vielmehr darin, dafs diejenige Menge Dampfwärme, welche durch die Wasserdampf-maschine hindurchgeht, ohne Arbeit zu leisten, noch zur Verdampfung der Kaltdampfflüssigkeit Verwendung findet. Der Redner hat das in seinem früheren Vortrage klar erläutert und will es hier nur in den Umrissen andeuten. Die Wärme, welche nach den Gesetzen der Thermodynamik einer Pferdestärkenstunde entspricht (636 W.-E.), ist etwa gleich der Gesamtwärme von 1 kg Wasserdampf. Was also pro PS-Std. mehr von der Wasserdampfmaschine verbraucht wird, kann, soweit es nicht durch Oberflächenkühlung (Wandungen u. s. w.) verloren geht, zur Erzeugung der Kaltdämpfe benutzt werden. Daraus wird ohne weiteres klar, dafs Maschinen mit gröfserem Wasserdampfverbrauch durch Anhängung des Kaltdampfmotors auch zunehmenden Vorteil erlangen.

Der Redner hat schon hervorgehoben, dafs die Erfinder vielerlei Schwierigkeiten begegnet sind. Um so mehr sei zu betonen, welch grofses Verdienst Prof. Josse zuzusprechen ist. Der Bau und Vertrieb der Maschinen werde in nächster Zeit von grofsen Industriegesellschaften unter technischem Beirat des Herrn Josse und der Erfinder durchgeführt werden.

Schleswig-Holsteinscher Bezirksverein Deutscher Ingenieure. Sitzung vom 16. März 1900.

Herr Geh.-Rat Veith erteilt Herrn Ingenieur Gottl. Behrend das Wort zu seinem Yortrag über „Abwärme-Kraftmaschinen“ und führt derselbe folgendes aus:

Seit vielen Jahren habe ich mich mit der maschinellen Kältebranche beschäftigt, und bin ein auch in der betreffenden Litteratur

bekannter Spezialist. Die Branche hat mancherlei Wandlungen durchgemacht, ist aber schliefs-lich zu dem Resultate gelangt, mit Dämpfen, deren Siedepunkt unter dem Gefrierpunkt des Wassers liegt, zu arbeiten, und zwar in geschlossenen Maschinen. Die Dämpfe unterliegen sämtlich ähnlichen Be-

* HOO*

365*- Zoo OOtw

155,“-A <1

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3l°.'|5aw\ -X-5t

+20 %

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c.Kt

dingungen, wie Wasser-dämpfe, freilich aber bei anderen Temperaturen. Sie unterliegen alle einem bestimmten Gesetz, jeder Dampf bei anderer Temperatur.

Wir Kältemaschinen-

— ■rfr'pecfc/isto ümgKi .■

Fig. 1.

x Ingenieure sind gezwungen, uns lebhaft mit der Thermodynamik zu beschäftigen, die bisher noch nicht in so grofsem Mafse von den Dampfmaschinen-Ingenieuren betrieben worden ist.

Die Art der Yerwendung von Kaltdämpfen zur Kälteerzeugung ist entgegengesetzt derjenigen für Arbeitsleistung; die eine besteht in Kompression, die andere in Expansion der Dämpfe.

Die Fig. 1 zeigt eine Anzahl von Kurven verschiedener Dämpfe, aus denen die Übereinstimmung gewisser Bedingungen hervorgeht. — Die Abscisse stellt das spezifische Volumen der Dämpfe dar, die Ordinate die Temperaturen. Die linke ansteigende Kurve zeigt die Volumenzunahme der Flüssigkeit bei steigender Temperatur, die rechte Kurve die Abnahme des Dampfvolumens der gesättigten Dämpfe bei steigender Temperatur unter gleichzeitiger Spannungszunahme. Wo sich beide Kurven schneiden, d. h. wo sich Flüssigkeit und gesättigter Dampf in gleichem Volumen begegnen, da ist der kritische Punkt, der für jeden Dampf in der Thermodynamik angegeben wird als kritische Temperatur mit zugehöriger kritischer Spannung. — Sie erkennen daraus ohne weiteres die Ähnlichkeit der Bedingungen aller der verschiedenen Dämpfe mit denen des Wasserdampfes, und finden die kritischen Temperaturen und Spannungen bei jedem Dampfe bezeichnet. Unten auf der Tafel finden Sie die bisher als permanente Gase bezeichneten Dämpfe. Aufserhalb der Kompressionslinie befinden sich die Dämpfe im Zustande der Überhitzung, oberhalb des kritischen Punktes im Gaszustande. Zwischen beiden Linien ist der gesättigte Dampf mit Flüssigkeit gemischt.

Aus der Darstellung dürfte leicht klar werden, dafs Gase erst durch Kompression flüssig gemacht werden können, wenn sie gleichzeitig bis unter die kritische Temperatur abgekühlt werden. Oberhalb derselben gelingt die Verflüssigung durch keinen noch sogrofsen Druck. Daher die Schwierigkeit der Verflüssigung permanenter Gase, bei denen bedeutende Kälteleistungen erforderlich sind, um die Verflüssigung zu erreichen. Doch das würde heute zu weit führen.

Zur Kälteerzeugung werden Dämpfe komprimiert, die alsdann nach der rechten Kurve einer Spannungs- und Temperaturzunahme unterliegen. Sie werden alsdann durch Kühlwasser in einem Oberflächenkondensator abgekühlt, bis sie zur Flüssigkeit kondensieren, und expandieren dann bis auf die Anfangstemperatur. Die latente Wärme, die bei der Verflüssigung gleichfalls durch das Kühlwasser abgeführt worden ist, wird bei der Verdampfung aus dem abzukühlenden Körper (Salzwasser oder Luft u. s. w.) wieder aufgenommen. Das ist die eigentliche Kälteerzeugung.

Während der Expansion der Dämpfe kann in gleicher Weise Arbeit geleistet werden, wie es in Wasserdampfmaschinen mit dem Wasserdampf geschieht. Die Expansion vollzieht sich aber bei niedrigerer Temperatur als die Expansion des Wasserdampfes. Während die Expansion des Wasserdampfes im allgemeinen schon

Tabelle I.

Kritischer Kritische Siedepunkt Druck Temperatur b. Atm.-Druck

Atm.

Erstarrungspunkt bei Atm.-Druck

°C

°C

°c

Wasserstoff .

H₂0

so₂

nh₃

N₂0

co₂

c₂h₄

NO

200

78,₉

115

lO IO (M

c-t-io e-iocococu

o Ol CD

+ 365 + 155,4 + 130 + 35 + 31 + 10

—    93 —119 —140

—    146 —234

+ 100

10

—    33

—    89

—    80 —102 —154 —182 —191 —194 —243

— 77

— 56 —169 —167

—214

Tabelle II.

von Schwefliger Säure.

Tempe

ratur

°C

Dampfspannung

abs.

Atm.

kg p. qm

Flüssig

keits

wärme

Latente Wärme

Spezifisches

Äufsere

Innere

Gesamte

Yolum.

Gewicht

+ 10

2,263

15

20

27717

87239

25

87837

30

4.

7515

35

40

45

50

,67283

67145

6103

87182

55

7372

+ 60

16,709

23379

28074

33474

39644

46655

54579

63487

73395

84549

96841

110656

7066

7349

67338

7771

117363

14,115

17

7027

26,099

28,331

26,723

30.

7274

33,

985

8,

7374

7376

73 6 5

7311

7244

7154

8,

(>41

7,905 77746 * 7564

⁴ 6,933 78,204 76₇321 74,288 72,126

NN

86

7287

7578

84,700

82,653

6,1521

0,i₂₇₂

6,1068

6,0902

80

7437

0,

69

7809

67,346

64,737

617983

69,082

66,030

78,053 75,5oo i 2,776

69

tiii

78S8

7828

68,000

70762 0 700 47 670552 6,0408 67O4OI 67O3H 67O29I

6>575

7

⁴ 7862 9,363 117080

187123

16,456 18,ik; 217308

24:7938 2 9,32G

84,a₆4

Tabelle III.

Gesütttigte Dämpfe von Ammoniak.

Tempe

ratur

°C.

Dampfspannung abs.

Atm.

Kg p. qm

Flüssig-

keits-

wärme

Latente Wärme

äufsere

innere gesamte

Spezifisches Volum. [ Gewicht

+ 10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

+ 60

62710 7,₂₁₁    74507

87923 9,₉₇₆ 1 0 3 0 7 8 11,₆₂₂ 1 2 0 0 8 9 13.₄₅₈ 1 3 9 0 6 4 15,495 160107 17,₇₄₀ 183307 20,2O3 208758 22,₈₈₉ 2 3 6 5 1 2 25,₈₀₆ 266653

6,069

+ 10

,542

,509

16,128

21,923

21,927

3+141

40,564

41,196

^4,038

6+090

68

,351

15,

,821

30,91$

31,236

315542

31,836

32,11$

32,₃₈₈

32,64₇

32,894

33ji29

33,353

33,565

277

272

,04

,92

268

,58

264

,oo

259,₂₁

254

248

243

237

307

304

,16

300,12 295,₈₄

291

,33

•r.t

,95

,489

,799

231

,885

225

,767

286

281

276

270

,58

,60

,383

,938

265

259

,328

,332

0,2106 0,1794 0,1537 0,1325 0,1150 0,1003 0,0881 0,0774 0,0685 0,0610

+748 +57 4 6,506 1,547

,696

0,0552

0,970

11,351

1+919

14,599

I65393

18,116

bei 60° C. aufhören mufs, so kann man bei dieser Temperatur mit Hilfe des expandierten Wasserdampfes noch Kaltdämpf e unter höheren Spannungen verdampfen, wie sie Tabelle II und III deutlich angeben. Aus Figur 1 und Tabelle I ist aber zu erkennen, dafs man in der Auswahl der Dämpfe immerhin etwas beschränkt ist. Die hauptsächlichste Aufmerksamkeit ist darauf zu richten, dafs die Spannung der Dämpfe bei 60° nicht zu grofs ist, und dafs bei der Kondensationstemperatur (16 — 20° C.) die Spannung nicht unter der Atmosphäre liegt, damit man nicht Gefahr läuft, dafs durch Stopfbüchsen u. s. w. Luft in die Maschine eingesaugt werde. Die Maschinen werden geschlossene in derselben Weise, wie Kompressions-Kältemaschinen, d. h. es zirkulieren in der Dampfmaschine (Kaltdampfmotor) stets dieselben Dämpfe. Sie werden unter Spannung verdampft mittels des aus der Wasserdampfmaschine entweichenden, dort bis ca. 60° expandierten Wasserdampfes. Die Kaltdämpfe leisten dann Arbeit im Arbeitscylinder, werden im Oberflächenkondensator zur Flüssigkeit verdichtet, als welche sie mittels Speisepumpe nach dem Verdampfer zurückgepumpt werden.

Die Versuche des Prof. Josse sind an einer Verbunddampfmaschine von dem Vulkan in Stettin mit 8,₆ kg Wasserdampfver-

B ehrend, Kraftmaschinen.

brauch pro Pferdekraft und Stunde gemacht. Dabei werden durch die angehängte S0₂-Maschine noch 56°/₀ der Arbeitsleistung kostenlos hinzugewonnen. Er veröffentlicht in seinem Bericht die Diagramme beider Maschinen. Pigur 2 zeigt die Querschnitte der beiden Wasserdampfcy linder und des S0₂ - Cylinders nebst Angaben ihrer Arbeitsleistung.

Es eignen sich für diese Maschinen z. B. Ammoniak, Methyläther oder Methylchlorid, besonders aber schweflige Säure, weil ihre Spannungen sehr mäfsig sind, und die Flüssigkeit selbst so-schlüpfrig ist, dafs kein Schmiermaterial nötig wird. Das ist aber bei geschlossenen Maschinen angenehm, obwohl das Ausdestillieren des Öles keine Schwierigkeiten macht, das ja bei Kältemaschinen allgemein in Gebrauch ist.

56

100

Fig. 2.

Es wird Ihnen ja allen bekannt sein, dafs die Gröfse der Arbeitsleistung von Expansionsmotoren sich nach der Gröfse des Temperaturgefälles richtet nach der Formel rI\ — T>

112

0,25.

Wenn also eine Dampfmaschine von 8,₅ absoluten Atmosphären = 172° — 60° expandiert, so ist ihr thermischer Wirkungsgrad 172 — 60

172 + 273    445

Falls durch Anhängung eines Kaltdampfmotors die untere Temperaturgrenze 20° wird, so steigt der thermische Wirkungsgrad auf

152

172 — 20

445

0,34.

445

Allen meinen Bemühungen gegenüber war bisher nur diese Rechnung verstanden worden, obwohl ich schon im Jahre 1892 im Hamburger Bezirksverein einen Yortrag gehalten habe, der in der Zeitschrift d. Y. D. J. 1892, Seite 1135 abgedruckt worden ist, in

welchem durch wissenschaftliche Rechnung der weit gröfsere Nutzen der Kombination einer Wasserdampfmaschine mit dem Kaltdampfmotor klar von mir auseinandergesetzt wurde. Erst nachdem es gelungen war, in dem Maschinenlaboratorium der „Technischen Hochschule“ in Charlottenburg durch den Chef desselben, Herrn Prof. Josse, eine solche Maschine in Betrieb zu nehmen, und sich durch die zweifellosesten Versuche herausgestellt hatte, dafs in der That der Nutzen der Kombination ein aufserordentlich grofser sei, wesentlich gröfser, als durch die Vergröfserung des Temperaturgefälles sich erklären lasse, und dafs die Resultate mit meinen Berechnungen vom Jahre 1892 fast genau übereinstimmen, ist der Sache volle Würdigung zu teil geworden.

Die Resultate des Professor Josse sind in der Zeitschrift d. V. D. J. 1900, Seite 318, veröffentlicht in meinem Hamburger Vortrage vom 7. November 1899.

636,₈ WE. pro Stunde.

In der Wasserdampfmaschine wird zur Leistung einer Pferdekraft stündlich eine Anzahl Kilogramm Wasserdampf gebraucht, und zwar bei den allerbesten Maschinen 5 kg, meistens mehr, bis 20 und 30 kg. Die Arbeit einer Pferdekraft während einer Stunde entspricht, wie bekannt, 636,₈ Wärmeeinheiten, nämlich 75-60-60 mkg 424 mkg

Ein Kilogramm Dampf von 172° (8,₅ Atm.) enthält 659 WE. Davon bleibt in der Dampfmaschine, wenn die Kondensation zu 22° angenommen wird, ebensoviel Wärme, wie zur Leistung einer Pferdekraft gehört. Alle übrige Wärme der Überschiefsenden Mengen Wasserdampf, die nicht durch Abkühlung verloren geht, passiert nutzlos die Dampfmaschine. Diese Wärme ist übrig zur Verdampfung des Kaltdampfes, der zur Vergröfserung der Arbeit dienen soll. Ich denke, dafs auf diese Weise verstanden werden wird, dafs durch Anhängung eines Kaltdampfmotors der prozentuale Nutzen desto gröfser wird, je mehr Dampf die Wasserdampfmaschine gebraucht.

In meinem Vortrage vom Jahre 1892 habe ich die Leistungen der Kaltdampfmotoren genau berechnet nach der Zeun er sehen thermodynamischen Formel

Tt-T,

T-i Cd — t,) we

rA

L = qx—q₂ + rx

worin

q die Flüssigkeitswärme, r die latente Wärme und r das Wärmegewicht darstellt,

und daraus bei 80% Nutzeffekt die Leistung derselben aus den übrigen Wärmemengen festgestellt. Das Resultat stimmt überein mit den Josseschen Resultaten, nämlich bei Maschinen von

— 6*5

Dampfverbrauch .... kg 25    — 10

wird hinzugewonnen auf

jede Pferdestärke    . . PS 2,₆₄ — 0,₇₃ — 0,₄₆ — 0

d. h. es wird geleistet 1 PS

mit Wasserdampf . . kg    6,₉ — 5,₇ —4,₅    —4

5,5

,37

,3.3

^575

wonnen.

Josse sagt: „Stellt man sich daher eine grofse Kraftzentrale vor mit ca. 3000 PS und nimmt man den Dampfverbrauch dieser Maschinen zu 7,₅ kg pro indizierte Pferdestärke an, so wird durch Hinzufügung der Kaltdampfmaschine mit demselben Aufwand an Kohlen pro 7,ö kg Dampf 0,₅ PS, das sind 1500 PS insgesamt gesetzt man selbst beste grofse Dampfmaschinen voraus, deren Dampf verbrauch heutzutage pro PSi-Stunde 5 kg immernoch überschreitet, so würden doch noch 1000 PS ohne Mehraufwand an Kohlen gewonnen werden. In Berg- und Hüttendistrikten giebt. es eine ganze Menge von Dampfmaschinen, welche teils mit Auspuff, teils mit Kondensation arbeiten, die mehr als 10 kg Dampf verbrauchen. In diesem Palle würden durch die Kaltjdampfmaschine bei einer 3000 pferdigen Anlage 2000 PS gewonnen werden.

Was die Verbindung dieser Kaltdampfmaschine mit der Wasserdampfmaschine anbelangt, so lassen sich dabei zwei Lösungen denken:

Die erste Lösung besteht darin, dafs die Kaltdampfmaschine als Centralkondensation an vorhandene Dampfmaschinen angeschlossen wird. Diese Lösung hat den grofsen Vorteil, dafs an der vorhandenen Dampfmaschine absolut nichts geändert zu werden braucht, sondern, dafs nach Aufstellung eines Verdampfers und Kondensators mit Kaltdampfmaschine je nach dem Dampfverbrauch der Wasserdampf-maschine mit demselben Wärmeaufwand % bis % der vorhandenen Kraft hinzugewonnen werden kann.

Die zweite Lösung besteht darin, Dampfmaschinen, kombiniert mit dem Kaltdampfcylinder, einheitlich als Ganzes zu bauen. Nimmt man für eine solche Maschine von etwa 3000 indizierten Pferdestärken einen Wasserdampfverbrauch von 5 kg an, so läfst sich heute schon mit Sicherheit voraussetzen, dafs dieser Dampfverbrauch durch Hinzufügung des Kaltdampfcy lind ers auf 3,₇₅ kg pro PSi und Stunde reduziert werden wird. Ich bemerke hierzu, dafs dieser geringe Dampfverbrauch sich rechnerisch auf Grund der Versuche mit der vorhandenen kleinen, immerhin noch verbesserungsfähigen Maschine ergeben hat, und dafs derselbe späterhin noch unterschritten werden dürfte.“

Die Maschinen sind sehr einfach. Es wird deutlich, wie man Motoren mit Dämpfen von niedriger Temperatur, aber günstig liegenden Spannungen, benutzen kann für irgend ein Wärmemittel von mäfsiger Temperatur, als Abwässer, Abgase, Abdämpfe u. s. w. Man hat bisher für Arbeitsleistungen in Motoren Stoffe benutzt, welche nach jedem Hube die Maschine verlassen, wie Wasser, Luft, Glas u. s. w. Es dürfte für die Folge die Anwendung geschlossener Motoren mit Dämpfen von geringerer Temperatur mehr um sich greifen, bei denen auch die Abkühlung und Wärmeverluste der Wandungen nicht solche Rolle spielt, wie dies bei Wasserdampfmaschinen der Fall ist.

Vortrag vom 18. März 1902 im Hamburger Bezirksverein Deutscher Ingenieure.

M. H.! Ich habe schon früher einigemale über die Abwärme -Kraftmaschine gesprochen; um so angenehmer ist mir Ihre Aufforderung gewesen zu einem Bericht über den jetzigen Stand der Angelegenheit, und so benutze ich diese Gelegenheit gern, wieder zu Ihnen sprechen zu dürfen.

Die Maschinen arbeiten jetzt mit schwefliger Säure; früher haben wir mit Ammoniak gearbeitet. Im ersten Falle wird der Cylinder der Abwärme-Dampfmaschine etwas grösser als bei Ammoniak, aber immer noch sehr erheblich kleiner als der Mederdruck-cylinder der Wasserdampfmaschine. — Die bei den Versuchen in der Kgl. Technischen Hochschule benutzte Wasserdampfmaschine war vom Vulkan in Stettin, eine mit trocken gesättigtem Dampfe arbeitende Verbundmaschine, die 8,₆ kg Wasserdampf pro indizierte Pferdekraft und Stunde gebrauchte.

Der Erfolg der angehängten Abwärmemaschine (von uns damals Regenerativmaschine genannt) ist der gewesen, dafs der Dampfver-brauch der Maschine auf 5,₅ kg Wasserdampf pro indizierte Pferdekraft und Stunde reduziert worden ist.

Verdampfer, Kondensator und Speisepumpe dieser Maschine * waren entnommen von einer früheren Versuchsmaschine, welche mit Ammoniak gearbeitet hatte. Wir waren daher bei den Versuchen im Laboratorium der Technischen Hochschule abhängig von der Gröfse dieser Apparate, und danach mufste die Gröfse der Abwärmemaschine konstruiert werden. Aus diesem Grunde mufste die Wasserdampfmaschine langsamer laufen, als ihre normale Tourenzahl war. Sie leistete 40 indizierte Pferdekräfte, während die Abwärmemaschine noch 22,5 Pferdekräfte dazu leistete.

waren

Es wrurde dann, nachdem diese Erfolge zweifellos konstatiert eine andere dreifache Expansionsmaschine der Görlitzer Maschinenfabrik benutzt, um unsere Abwärme-Dampfmaschine anzuhängen.

Diese Görlitzer Maschine arbeitet mit etwa 150 Pferdekräften und ca. 150 Touren und ist für Überhitzung eingerichtet.

Von Professor Josse sind in der Zeit vom 25. Oktober 1900 bis 21. Februar 1901 eine gröfse Anzahl von eingehenden Versuchen gemacht, teils unter Verwendung von überhitztem Dampf, teils mit trocken gesättigtem Dampf und schliefslich nur mit zweifachen Expansionen durch Ausschaltung des mittleren Cylinders. Man hat unter anderem hierbei erkannt, dafs man mit zweifacher Expansion und Abwärmemaschine weiter kommt, als bisher mit dreifacher Expansionsmaschine allein.

Die Überhitzung wurde bis auf 280° — 310° getrieben, und die Leistung schwankte bei 9,₆ —11,₇ Atm. Druck von 103—165 indizierten Pferdekräften bei einem Dampfverbrauch von 5 — 7,₃ kg Wasserdampf pro Pferdekraft und Stunde. Durch die Kombination mit der Abwärmemaschine wurde ein Gewinn von 30,₅ °/₀ bis 40 °/0 erzielt, d. h. es wuirde der Dampfverbrauch bis auf 3,₇₁ kg pro Pferdekraft und Stunde heruntergedrückt; man erzielte also bereits mit einer 150pferdigen Maschine ein besseres Resultat, als mit den besten Maschinen von mehreren tausend Pferdekräften erreichbar ist.

Der Kühl Wasserbedarf betrug bei gesättigtem Dampf ca. 268 1 Wasser und bei überhitztem Dampf ca. 3101 Wasser, d. h. das 36-bezw. 60fache desjenigen Dampfes, der für die Wasserdampfmaschine gebraucht ist. Das ist also nicht so abnorm, denn man pflegt bei Maschinen mit trocken gesättigtem Dampf und Einspritzkondensation das 25fache des Dampfverbrauchs anzunehmen.

Die Dampfmaschine hat mit gesättigtem Dampf 7,₃ kg und bei überhitztem Dampf 5 kg gebraucht, wroraus man den Nutzen der Überhitzung des Wasserdampfes erkennt. Es wurde aber durch die Abwärmemaschine der Dampfverbrauch der mit Überhitzung arbeiten-

den Maschinen erniedrigt auf 3,₇₄ kg, während man bei gesättigtem Dampf auf einen Dampfverbrauch von 5,₁₃ kg kommt.

Der Erfolg der Gesamtmaschine wächst bei geringerem Yakuum, z. B. ersieht man aus der Josseschen Tabelle IY (Seite 24), dafs bei einem anderen Yersuche ein Yakuum von 85°/₀ einen Dampf verbrauch pro Pferdekraft und Stunde von 4,₉₂ kg ergeben hat, während dieselbe Maschine mit 70 °/₀ Yakuum 3,₉₈ kg Wasserdampf, also fast ein ganzes Kilogramm weniger Wasserdampf gebraucht hat. Die Maschine, die mit zweifacher Expansion unter Ausschaltung des mittleren Cylinders gearbeitet hat, verbrauchte 4,₂₈ — 4,₇₈ kg Dampf, also fast dasselbe Resultat, als mit dreifacher Expansion. Es ist dann in Berlin eine Abwärmemaschine gebaut für die Berliner Elektricitätswerke, wo vier Wasserdampfmaschinen von Yan delverk-hove-Gent mit je 360 PS-Leistung stehen. Bei zweien dieser Maschinen, die zusammen 720 PS leisten, haben wir bei einem Dampfverbrauch von 7,₂ kg pro Pferdekraftstunde einen Gewinn von über 200 PS, wie Sie sehen, fast 30°/₀, erzielt. Diese Abwärmemaschine ist von uns versuchsweise mit Rundschieber-Steuerung versehen worden, während alle anderen Maschinen mit Präcisions-Yentilsteuerung ausgestattet sind. Hierbei stellte sich heraus, dafs der Gewinn sich um ca. 12°/₀ verminderte, so dafs man doch wohl recht thut, von der Schiebersteuerung abzusehen und bei Yentil-"Steuerung zu bleiben. In dem Berliner Elektricitätswerk läuft die Abwärmemaschine Tag und Nacht, um hauptsächlich nachzuweisen, dafs sie dauernd ununterbrochen ohne jede Ölschmierung arbeiten kann.

Wir haben ursprünglich bei unseren Ammoniakmaschinen mit Ölschmierung gearbeitet, haben aber dann, als wir im Jahre 1899 unsere Yersuche mit der Hilfe des Professor Josse begannen, uns von vornherein gesagt, dafs wir bei dem bekannten schlüpfrigen Zustande der schwefligen Säure die Schmierung los werden können, und es einen Yersuch damit lohne; das Resultat ist glänzend; selbst wenn wir mit Überhitzung gearbeitet haben, sind die Cylinder immer blank gewesen.

Natürlich haben wir allerhand Änderungen und Yerbesserungen machen müssen, bis wir zu einem tadellosen Erfolge gelangt sind.

Für eine Görlitzer dreifache Expansionsmaschine von 1800 PS, die mit überhitztem Dampf arbeitet und einen Dampfverbrauch von 5,₂ kg pro PSi-Std. hat, wurde durch die Anhängung einer Abwärmemaschine ein Gewinn von ca. 600 indizierten Pferdekräften fest-

24

Tabelle IV.

Versuche a. d. Dampf-Ahwärmekraftmaschine d. Hochschule (Mittelwerte).

Nr. des Versuchs

b.

3.

8.

10.

Datum des Versuchs

21.11.00

12.2.01

16.2.01

20.2.01

Dampfmaschine arbeitet mit

2 facher

3facher Expansion Expansion

Zustand der Maschine

Wasser aus den Kondenstöpfen in den Verdampfer geleitet

Frischdampf

überhitzt

trocken Frischgesättigt dampf überhitzt

mit

hohem

Vakuum

Tourenzahl pro Minute Volt ^    \

Ampere /

der Dynamo,

136,₃

189,5

529

Wasserdampfmaschine

Temp.

Dampf

drücke

Indizierte

Leistung

rs.

Dampf verbrauch in< kg pro Std.

Frischdampfeintritt.....

Eintrittsspann. Hdr. -CyL kg/qcm

Überdr..........

Vakuum des Kondensators in °/₀

Hochdruckcylinder.....

Mitteldruckcylinder.....

Niederdruckcylinder.....

Ganze Maschine ......

Kondensat aus dem Verdampfer Kondensat a. Mänteln u. Receivern Insgesamt........

und PSi...... . . .

309°

CG 00

HCCD^^N I I> H 00 tO CO CO 04 CO I CO

rH CO CO

J37,₄ 149 191    230

414,5 609,5

306°    189,₅⁰

11 11

148

235,s

531

326°

85

-r

68

41

31

60

48

29,₈

50,₆

69.i

ss

54,₆

103n

158,₇

142

664,₅

1162

_'6

855

Abwärmemaschine

S0₂ Dampf-Cylindereintritt . . Tempera- S0₂ Flüssigkeit-Kondensatoraustr.

Kühhvassereintritt.....

Kühlwasseraustritt .    .    .    .    .

Verdampfer......

Kondensator......

Indizierte........

turen

S0₂-Üherdr.| im kg/qcm \ im Leistung

PS.

in % der H₂0-Maschine . . .

i. d. Verd. geleitet i. d. Abfl. geleitet

Abdampfver-j Kondenswasser brauch pro ; der Mäntel und PSi u. Std. kg

Receiver

Indizierte........

Effektive.........

Elektrische........

Sg Gesamtdampfverbrauch pro Stunde . . . .

s Dampfverbrauch pro PSi und Stunde kg . . .

Leistung

l ’S.

<=    ⁰o°cr°o⁰.- o g «5 IN us    co

CDOOOiOO)C4CO ^    Tj“ I    OCOCOD-

lOrH t-H    Tf<CO    t— I    [>-    00 CO

H H H CD

855

5,98

7-8

I    ^ §5 to co ^ O cd od

- cn * j£ * £oSoSo®o

3,74    4,92    5,15    4,28

-C Kühhvasser-~ menge in 1

£ Mechan.

5 Wirkungs grad

-Q

pro Stunde insgesamt •    . .    •    53000

pro Std. u. PSi der komh. Maschine 310 Elektrische Leistung

PSi.

80,x

PSe.*) „

PSi. /o

*) Wirkungsgrad der Dynamo: 93% angenommen.

86,₂

| | O    r-

I oo    co

60500 54800 268    275

84,₂    85,₅

90,5    92

gestellt, und diese hohe Zahl ist von der Abwärmekraftmaschinen -Gesellschaft garantiert worden, die vorsichtig mit ihren Garantien ist. Der Dampf verbrauch reduziert sich dann auf etwa 3³/₄ Kilogramm. Der wirkliche Erfolg wird noch besser werden, denn dies sind alles garantierte Zahlen.

Das Gewicht der Abwärmemaschinen-Anlage stellt sich auf 120 — 160 kg pro PSi einschliefslich des Verdampfers. Wenn Sie diese Zahlen mit der Wasserdampfmaschine vergleichen wollen, so bedenken Sie, dafs hier das Gewicht des Dampferzeugers und Kondensators eingeschlossen ist.

Bei einer Schiffsmaschine kommt man wrohl mit kleineren

Kondensatoren aus, weil auf dem Schiff ein Überflufs an Kühlwasser zur Verfügung steht.

Die Temperaturen, die wir gehabt haben beim Oberflächen-Kondensator sind folgende:

Kühlwasser-Eintritt .    .

Kühlwasser-Austritt .    .

.    .    9,₈ — 10o

•    •    15,5-17,5° •

schweflige Säure-Austritt .    .    .    19 —20°

Bei Kühlwasser von 15° Temperatur sinkt die Leistung auf 90 °/₀ und bei 20° Temperatur auf etwa 80°/o. Die Menge des vorhandenen Wassers spielt natürlich auch eine grofse Rolle. Bei dem zufliefsenden Wasser und der den Kondensator verlassenden schwefligen Säure sehen Sie, dafs es sich um Temperaturzunahmen von 9 —10° handelt. Zwischen dem Kühlwasser-Austritt und dem schweflige Säure-Austritt beträgt die Temperaturdifferenz 3 — 3,₅°.

Wo aber wenig Kühlwasser vorhanden ist, wird man den Kondensator wohl gröfser machen müssen.

Bei einer kombinierten Maschine von 400 effektiven PS mit 6 Atm. Druck arbeitend, wird ein Wasserdampf verbrauch von 5,₉ kg pro effektive Pferdekraft und Stunde garantiert; während die Wasserdampfmaschine 265 PSeff leistet, wird die Schwefligsäuremaschinp ca, 135 PSeff leisten.

Run möchte ich Sie auf etwas aufmerksam machen, meine Herren, was mich persönlich angeht.

Ich habe im Mai 1892 hier einen Vortrag gehalten über diese Regenerativmaschine, habe darin nach der bekannten Zeunerschen Eormel für trocken gesättigten Dampf vorgerechnet, wieviel bei Wasserdampfmaschinen noch an Wärmemengen übrig bleibt, nachdem sie ihre Arbeit geleistet haben, und habe dann das rechnerische Resultat erhalten, dafs der Dampf verbrauch von 5,- kg auf 4 kg

reduziert werden kann, wenn sie mit der Abwärniemascliine zusammen arbeitet. Das galt für etwas ganz Besonderes, Abnormes. Heute zeigen die inzwischen angestellten Versuche das Resultat, dafs thatsächlich der Dampfverbrauch von 5 kg auf 3,₇₅ kg reduziert wird. Ich habe damals die Maschine bei dem Schnelldampfer „Fürst Bismarck“ mit 6,e kg Dampfverbrauch einer entsprechenden Rechnung unterzogen; das Resultat war eine Verminderung desselben auf 4,₅ kg pro PSi-Std.; bei

10 kg Dampf verbrauch war das Resultat 5,₇ kg,

25 „

Da kann man wohl einen gewissen Stolz haben, dafs die Resultate sich nunmehr ebenso gestellt haben, trotzdem die Sache von Theoretikern angegriffen und einfach als Unsinn erklärt worden ist. Es wurde gesagt, dafs niemals mehr zu erreichen sei, als die Berechnung der theoretisch vollkommenen Dampfmaschine bei dem entsprechenden Temperaturgefälle ergiebt.

Ich habe mir damals vergebens die gröfste Mühe gegeben, klar zu machen, welchen Einflufs für eine zweite Maschine (Abwärme) diejenige Dampfwärme hat, die nicht in Arbeit verwandelt ist, sofern sie nicht durch Abkühlung usw. verloren gegangen ist.

Jetzt will ich es mit Hilfe einer graphischen Darstellung versuchen, welche wenigstens einen Begriff davon giebt.

Diese graphische Darstellung zeigt die Fig. 3 in Form eines Diagramms, deren Ordinate die Temperaturgrenzen angiebt, zwischen denen die Expansion gedacht ist.

Es ist nun die Arbeitsmenge, welche 1 PS; entspricht, als Rechteck dargestellt, dessen Höhe die Gröfse ab hat, deren Gröfse dem Inhalt des Rechteckes ab cd entspricht. Da alle Gröfsen der bekannten Zeunerschen Leistungsformel Temperaturfunktionen sind, so ist die Darstellung in einheitlichem Mafsstabe ohne weiteres möglich.

In dem Diagramm giebt also das Rechteck ab cd ein Bild der Arbeitsleistung — 1 PSi —, für welche die zu dieser Leistung erforderliche Dampfmenge der bekannten, von Zeuner berechneten Gleichung für die theoretisch vollkommene Dampfmaschine leiciit zu berechnen ist.

Dieser Dampf verbrauch beträgt 4,₃ kg pro PSi bei einem Temperaturgefälle von 180 bis auf 45,₅₈°, entsprechend einem Vakuum von 90°/o. Die unterste, praktisch mögliche Temperaturgrenze der obigen, theoretisch vollkommenen Dampfmaschine, die etwa 45° beträgt, wird nun heruntergezogen durch Anhängung unserer Ab-wärmemaschine bis auf 20°, so dafs bei gleichem Wasserdanrpf-verbrauch die Leistung sich entsprechend vergröfsert. Ein Bild des Hinzugewinns giebt das Rechteck bcfe und ein Bild der Gesamtleistung der kombinierten Maschine giebt nunmehr das ganze Rechteck adfe. Es soll hier ausdrücklich hervorgehoben werden, dafs der Zweck der hier gebrachten Darstellung nur dazu dienen soll, die Sache im Prinzip zu veranschaulichen. Die genauen Zahlen können natürlich nur durch Rechnung gefunden werden.

In der Praxis stellt sich aber der Gewinn noch gröfser heraus, weil eine theoretisch vollkommene Wasserdampfmaschine in der

fotuj.

100

7o'

il

0,3-70% edv D.i-SO'/o -

*c‘

Fig. 3.

Praxis gar nicht existiert und der Dampfverbrauch stets gröfser ist als es die Thermodynamik ausrechnet.

Dieser Mehrverbrauch an Dampf wärme ist natürlich je nach Ausführung der Maschine ein verschiedener.

Nimmt man nun einen Dampf verbrauch von 7,₃ kg pro PSi an, wie bei dem Josseschen Yersuch mit trocken gesättigtem Dampf, so wird der Dampf verbrauch pro Pferdekraft gröfser, während die Arbeitsleistung — 1 PSi — diejenige der theoretisch vollkommenen Dampfmaschine nicht überschreitet. Während wir also eine gröfsere Gesamtwärmemenge haben, bleibt die Arbeit nur gleich dem Rechteck abxcxd — 1 PSi. Da jedoch bei Erniedrigung des Temperaturgefälles durch die Abwärmemaschine die gesamte Dampfwärmemenge zur Arbeitsleistung benutzt wird, so entspricht der Hinzugewinn

¹

Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, Band XXXVI, Seite 1135.

Behrend, Kraftmaschinen.

²

Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure, Band XXXXIV, S. 318.

28 —

durch die Abwärmemaschine dem Rechteck b^eih. Weicht die Wasserdampfmaschine noch mehr von der theoretisch vollkommenen ab —, nehmen wir also einen Dampf verbrauch von 20 kg pro PSi an —, so bleibt die Arbeitsleistung der Wasserdampfmaschine immer nur entsprechend dem Rechteck abxcxd (1 PSi), während der Hinzugewinn durch die Abwärmemaschine dem Rechteck bxekl entspricht.

Dadurch wird die vorstehende Rechnung von 1892 bestätigt, dafs nämlich der durch Anhängung der Abwärmemaschine entstehende prozentuale Nutzen bei Maschinen mit gröfserem Dampfverbrauch steigt.

Es ist aus dem Diagramm ohne weiteres zu sehen, dafs bei schlechterem Vakuum die Leistung der Abwärmemaschine steigt, wie die eingezeichneten Linien angeben. Liegt diese Scheidungslinie bei 100°, d. h. bei 1 Atm. (Auspuffmaschine), so steigt der Nutzen auch entsprechend; freilich wird dann die Spannung der schwefligen Säure 25 Atm. oder darüber.

Versuche liegen hierüber noch nicht vor, und bis jetzt hat man sich noch nicht verstehen können, mit dieser hohen Spannung zu arbeiten, obwohl wir in unserer Ammoniakmaschine bei 60° C.

anstandslos mit solchen Spannungen gearbeitet haben. Dafs man aber durch Anfügung einer Abwärmemaschine an eine vorzügliche Dampfmaschine auf einen noch geringeren Dampf verbrauch kommt als bei der theoretisch vollkommenen Dampfmaschine, soll nachstehende Rechnung zeigen.

Es wird zuerst nötig, den mechanischen Wirkungsgrad der Maschine festzustellen, die zu den Josseschen Versuchen benutzt worden ist, beispielsweise zum Versuch b (Tabelle IV). Es diene dazu die Zeunersche Formel für Dampfmaschinen mit überhitztem Dampf.

Die Rechnung der theoretischen Leistung ergiebt bei erwähnter Maschine und den Temperaturen, mit denen dieselbe bei diesem Versuch gearbeitet hat, nämlich

309°, Druck 11 Atm. und 56,₅° Endtemperatur.

ALn= q₁ — q, — T., (rx — r₂) + ^ {T± — T,) + ep(T— TJ — cpT₂ log nat^-= 189,

T,

59,S9    332,₇55 X 0,32982 + 1

— 37,₆₁ = 172,₀₆₈₅ Kalorien pro Kilogramm Dampf.

Der Dampf verbrauch von 637 kg würde also einer Leistung entsprechen von

5!' I

10304

x 12 < ,23 + 0,4SO5 x 122

1015

127, t

= 73,₈ % der theoretischen Leistung.

rj =

123

637x172

50085

= 10 9 6 0 7,₃₂ Kal. x

424

== 172,₁₂₃ PSi theoretisch.

75-60-60

Da aber die wirkliche Arbeitsleistung bei der Indizierung sich bei diesem Versuch zu 127,x PSi herausstellte, so arbeitet diese Wasserdampfmaschine mit einem Wirkungsgrad

172,

Unter Zuhilfenahme dieses mechanischen Wirkungsgrades werde ich nun feststellen, welches die äufserst erreichbare Leistung dieser mit überhitztem Dampf arbeitenden Wasserdampfmaschine sein würde, wenn sie allein arbeitete.

Es soll zu diesem Zweck in die hierfür gültige thermodynamische Formel eine Endtemperatur des Dampfes von 45,₅₈° entsprechend einem Vakuum im Kondensator von 90 °/₀ gesetzt werden.

Es ergiebt sich dann die äufserst mögliche Leistung zu:

ALn= q₁—q₂ — T₂ (rx — t₂) +    —T₂) + cp{T— TJ—cpT₂ log nat

— 189,59₄    4 5,₅₈    3 1 8,5₈ • 0

53736

476

,7 —• 141,₄ -f- 0,₄₈₀₅ • 122

5015

— 35

5606

459

= 194,53 Kalorien pro Kilogramm Wasserdampf und bei einem Dampf verbrauch, wie oben, von 637 kg pro Stunde

59 8 5

637 xl94,₅3 = 123 915,₆ •

424

270000

= 194,₆₂ PSi theoretisch.

Die aber wirklich mögliche Arbeitsleistung beträgt alsdann bei

V = 73,₈

194,₆₂ x 0,₇₃₈ = 143,6₂ P8.

Der Versuch b hat aber ergeben, dafs mit überhitztem Dampf von der kombinierten Maschine 170,ö PSi thatsächlich geleistet wurden, also bedeutend mehr, als bei der Wasserdampfmaschine allein beim gröfstmöglichen Temperaturgefälle zu erreichen sein würde.

Was das Temperaturgefälle im allgemeinen anbetrifft, so ist dieses bei der kombinierten Maschine Behrend-Zimmermann bis auf 20° nachweislich zu erreichen; dagegen kann man im Kondensator der Wasserdampfmaschine höchstens bis auf ein Vakuum von 90 — 92 °/₀, d. h. bis auf eine Temperatur, wie früher gerechnet, von 45,₅₈ ⁰ herunterkommen. Selbst aber wenn man auch bei einer Wasserdampfmaschine die unterste Temperatur des expandierten Dampfes bis zu 20° annehmen dürfte, so würde ein Kutzen liier-aus nicht entstehen können, weil wegen der geringen Dichte des Wasserdampfes bei 20° ganz aufserordentliche Cylinderdimensionen nötig werden würden, die derartig grofse Arbeitsverluste bedingen, dafs von einem Gewinn durch das imaginär vergröfserte Temperaturgefälle nicht mehr geredet werden könnte. Beispielsweise würde bei 20⁰ Temperatur das Cylindervolumen einer Wasserdampfmaschine das ca. 70fache einer Schwefligsäuremaschine betragen.

Nicht unerwähnt will ich lassen, dafs bei der kombinierten Maschine das Kondenswasser der Wasserdampfmaschine beträchtlich wärmer in den Wasserdampfkessel geleitet werden kann, als es sonst möglich ist bei Verwendung der Wasserdampfmaschine allein. Hierdurch wird noch ein nicht unbedeutender Nutzen erzielt, der von

Professor Josse auf ca. 7% geschätzt wird, bei allen Berechnungen aber unberücksichtigt blieb.

au*...

An der Hand der (bei dem Yortrage) ausgehängten Photographien will ich nunmehr die Entwickelung der Sache schildern.

CLI>W,. Awöfc

Fig. 4.

Im Jahre 1887 —1888 haben wir die erste Maschine bei C. Aug. Schmidt Söhne in Hamburg in Betrieb gehabt, die mit Ammoniak gearbeitet hat. Wir haben dazu eine kleine Wasserdampfmaschine verwendet und Fig. 4 zeigt das Diagramm dieser kleinen Maschine. Es galt uns vorerst nur, zu versuchen, ob die Kaltdämpfe in Wirklichkeit sich in Motoren verhalten wie Wasserdampf. Die Speisung mit der gewöhnlichen Speisepumpe machte erklärlicherweise Schwierigkeiten, weil die bei der gewöhnlichen Tagestemperatur arbeitenden Kaltdämpfe stets in siedendem Zustande sind, indem ihr Siedepunkt unter dem Gefrierpunkte des Wassers liegt. Ohne besondere Mafsnahmen können also alle Kaltdampfmotoren nur so lange dauernd arbeiten, als gespannte Dämpfe im Verdampfer vorhanden sind. Alle Versuche, die anderweitig gemacht worden sind, mufsten am Fehlen einer geeigneten Speisepumpe scheitern.

Die zweite Maschine, die wir in einer rheinischen Fabrik bauten, und von der eine Photographie aus dem Jahre 1894 hier (beim Vortrage) ausgehängt ist, arbeitet ebenfalls mit Ammoniak und einer geeigneten Speisepumpe. Sie war vorerst mit Schieber-Steuerung versehen und in Verbindung mit einer Wasserdampfmaschine hergestellt. In dieser Verbindung der Abwärmemaschine mit einer Wasserdampfmaschine liegt das Ziel unserer Arbeit. Darin bestehen unsere hauptsächlichsten Patente. Wir haben uns von vornherein zur Aufgabe gemacht, die Wasserdampfmaschine zu verbessern und haben es darin als die ersten und einzigen zu einem glänzenden Erfolge gebracht. Darauf bezog sich mein Vortrag vom Jahre 1892, der schon wiederholt erwähnt ist.

Fig. 5 a.

Fig. 5 b.

Die dritte Maschine, die wir gebaut haben, bestand in der Änderung der Maschine Nr. 2 in eine mit Präzisions-Ventilsteuerung, geeigneter Speisepumpe usw.

An dieser Maschine haben wir durch Diagramme (Fig. 5) den Erfolg nachgewiesen, und zwar zeigt Eig. 5a das Diagramm der Wasserdampfmaschine und Eig. 5 b das der Ammoniakmaschine. Die Eorm desselben zeigt, wie die Expansionskurve durch Wärmeaufnahme durch die Wandungen über der adiabitischen Kurve liegt. Schon hier arbeiteten wir ohne Ablafsvorrichtungen, ohne dafs irgend welche Elüssigkeitsbildungen im Cylinder stattfanden. Bis hierhin wurde uns jeder Erfolg von den Gelehrten, wie mehrfach

erwähnt, bestritten, und nun erst konnten wir mit Hilfe des Herrn Professor Josse, der die Richtigkeit voll anerkannte, mit der Maschine Hr. 4, deren Photographie hier (beim Vorträge) ebenfalls ausgehängt ist, in der Königl. Technischen Hochschule in Charlottenburg im Jahre 1899 den vollen Erfolg beweisen.

Wir benutzten damals aus den schon oben erwähnten Gründen schweflige Säure.

Nunmehr bildete sich die Ab wärme-Kraftmaschinen-Gesellschaft, welche den Professor Josse beauftragte, eine Abwärmemaschine in Verbindung mit einer Görlitzer Dreifach-Expansionsmaschine herzustellen, deren glänzende Resultate hier eingehend besprochen worden sind. Diese fünfte kombinierte Maschine hängt ebenfalls in Photographie hier (beim Vorträge) aus.

Die sechste, ebenfalls hier (beim Vortrage) in Photographie aushängende Maschine ist an den Berliner Elektricitätswerken in dauerndem Betriebe und hier ebenfalls schon besprochen.

Eine Anzahl weiterer Maschinen sind im Bau.

Dafs eine solche Erfindung auch ihre Vorläufer hat, ist selbstverständlich; die Priorität aber hat doch wohl derjenige, der zuerst eine dauernd betriebsfähige Maschine zustande gebracht hat. Ebenso bin ich doch auch derjenige gewesen, der die Maschine zuerst richtig berechnet hat.

Wer denkt denn z. B. bei der Erfindung der Dampfmaschine heute noch an die Vorgänger James Watts; für uns ist und bleibt Watt der Erfinder der Dampfmaschine, da er zuerst eine für die Praxis brauchbare Umtriebsmaschine konstruierte. Ebenso weifs man heute kaum noch etwas von denen, die vor Stephenson schon Versuche gemacht haben, Lokomotiven zu bauen.

Zum Schlufs möchte ich noch folgendes sagen: Wenn Sie die Abwärmemaschine in Betrieb setzen wollen, so brauchen Sie nicht erst anzuwärmen, wie bei Wasserdampfmaschinen, Sie haben auch keine Flüssigkeit abzulassen, sondern in dem Augenblick, wo Sie das Anlafsventil öffnen, läuft die Maschine ganz lautlos. Das ist noch ein wesentlicher Vorteil.

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Buchdruckerei des Waisenhauses in Halle a. S.

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